Koordinative Bindung
Neben der Kovalenten-, der Ionen- und der Metallbindung gibt es noch die Koordinative Bindung. Weil bei Molekülen und Ionen Elektronenlücken in ihren Schalen bestehen, sind diese nicht in
ihrer optimalen Edelgaskonfiguration. Es bestehen aber auch Moleküle und Ionen mit freien Elektronenpaaren.
Wenn nun zwei solche Teilchen, d.h. eines mit einer Elektronenlücke und eines mit freien Elektronen zusammenkommen, so feiern sie Hochzeit und kleben aneinander. Es bildet sich eine Koordinative
Bindung.
Das Teilchen mit der Elektronenlücke ist der Akzeptor, das mit den freien Elektronen der Donator.
Euch kommt diese Definition einer Bdg. wahrscheinlich bekannt vor, da sie doch stark einer kovalenten Bindung gleicht. Sie ist nur in einem Pkt. anders: bei der koordinativen Bdg. kommen beide Elektronen
vom selben Partner.
Aufbau von Metallkomplexen
Grundsätzlich können alle [M+] Komplexe bilden. Gute Akzeptoren sind vorallem die Nebengruppenelemente, denn diese besitzen häufig Elektronenlücken (3d – 4d Orbitale).
Zahl der Bindungsplätze
Die Zahl der Bindungsplätze an einem Zentralion nennt man Koordinationszahl.
Sie wird bestimmt durch:
- Art der Liganden
- Elektronenkonfiguration des Zentralions
Normalerweise betragen die Koordinationszahlen: 4, 6 und selten 2
Achtung: Es besteht kein Zusammenhang zwischen der Ladung des Zentralions und der Koordinationszahls eines Akzeptors.
Durch die neue Anlagerung der Liganden um ein Zentralion ändern sich die Chemischen Eigenschaften der Ausgangsverbindungen (Diffusion, Redoxpot., Löslichkeit, biolog. Wirksamkeit, usw.)
Koordinationspolyeder
Durch die Umlagerung des Zentralatoms beschreiben die Liganden die unterschiedlichsten geometrischen Raumfiguren (Koordinationsgeometrie)
Gesamtladung
Die Gesamtladung von Komplexen berechnet sich aus den Ladungen der beteiligten Teilchen.
Chelatkomplexe
Organische Moleküle besitzen die Möglichkeit über mehrere Koordinationsstellen zu verfügen
ð mehrzähnig.
In einem solchen Fall ist der Ligand der Chelator (nicht Terminator, gr. chele = Krebsschere), also der Chelator nimmt das Kation von verschiedenen Seiten in die Zange.
Zweizähnige Chelatoren sind:
- Ethylendiamin (en)
- Glycinat (Anion der AS Glycin)
Bevorzugtes Endprodukt der Chelatisierung sind 5 – 6 gliedrige Chelator-Zentralion-Ringe.
- 2 – zähnig bidentat
- 4 – zähnig tetradentat
- 6 – zähnig hexadentat
Wichtigster Chelatbildner überhaupt: EDTA (Ethylendiamintetraacetat)
Da während dieser Reaktion 2H+ aus dem EDTA2- gehen, senkt sich der pH-Wert. Folglich wird in der Komplexometrie die Rkt. immer mit einem leicht alkalischen Puffer ausgeführt.
Ligandenaustauschreaktion
Man spricht von einer Komplexation, wenn man das im Wasser hydratisierte Kation mit Liganden bindet.
Komplexation: Ersetzen oder Substituieren von H2O durch L
Bei vielen Metallionen der Übergangsmetalle ist die Verstärkung des Anteils an koordinativer Bindung im Komplex mit einer auffälligen Farbänderung verbunden. Siehe auch TP Versuch
7.
Komplexbildung
Die Bildung von Komplexen verläuft in Etappen.
Stabilität der Komplexe
Die Stabilität der Komplexe hängt von der Art der beteiligten Kationen und Liganden ab. Generell kann man sagen: Gleich zu gleich gesinnt sich gern.
Was heisst dies nun auf die beteiligten Teilchen bezogen. Man unterscheidet weiche und harte Kationen und Liganden. Ein hartes Kation bildet einen stabilen Komplex mit einem harten Liganden und umgekehrt.
Welches sind nun harte und weiche Liganden bzw. Kationen?
Harte Kationen:
Elektronenkonfiguration s2p6 (Oktett, Edelgashülle)
Ursprungsmetall: unedel
je höher geladen und je kleiner, um so härter
wenig polarisierbar
Typisch Be2+, Mg2+, Al3+, Ga3+, Ti4+
Weiche Kationen:
Elektronenkonfiguration d10
Ursprungsmetall: edel
je weniger geladen und je grösser, um so weicher
polarisierbar
Typisch Ag+, Cd2+, Hg2+
Übergangsmetallkationen:
Elektronenkonfiguration d1 – d10 zwischen hart und weich
Härte nimmt mit der Ldg. zu (Fe3+ härter als Fe2+)
Weichheit nimmt mit der Grösse zu (Pd2+ weicher als Ni2+)
Harte Liganden:
klein
wenig polarisierbar, (wenig geladen)
typisch F-, OH-
Weiche Liganden:
gross
polarisierbar
typisch I-, CN-, S2-
Im weiteren unterscheidet man die Stabilität nach thermodynamischen und kinetischen Gesichtspunkten.
Thermodynamisch
Kinetisch
wenn Bildung, Zersetzung langsam: inert
wenn Bildung, Zersetzung schnell: labil
KomplexometrieDer Effekt den Chelatbildner auf Kationen auswirken, wird mit der Komplexometrie genutzt. Ähnlich der Säure-Basentritration wird mit Hilfe eines Indikators, Puffers
und dem Chelatbildner EDTA die Konzentration des Kations bestimmt.
Für die komplexometrische Titration ist notwendig:
alles was für einen stabilen Komplex gebraucht wird: KBildung = gross, ΔGBildung = negativ
rasche Komplexbildung (labil)
Stöchiometrische Bildung des Komplexes (alle sechs Zähne besetzt)
Komplexbildung und Redoxpotentiale
qualitativ:
qualitativ:
Nernst-Gleichung
EFe = 0.76 + 0.06log(Fe3+aq/Fe2+aq)
allg.: Kationen mit höheren Ldg. bilden stabilere Komplexe
Beachte die Komplexometrie weist sehr viele Analoge zur Säure/Base-Titration auf. Kurven usw. Ein Unterschied ist jedoch häufig:
bei Säure/Basen-Titration ist die Kdissoziotion angegeben
bei der Komplexometrie die Kassoziotion.
Diese Grössen heissen im Zeeck anders.
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