Komplex
Synonyme
- Komplexverbindung, Koordinationsverbindung
Definition
- Ein Komplex besteht aus einem Zentralatom und einer definierten Anzahl von
Liganden in einer definierten geometrischen Anordnung.
Bemerkungen
- Als Zentralatom finden sich häufig Elemente der Nebengruppen (Gruppen 3
bis 12), die auch als Ionen vorliegen können. Das Zentralatom wirkt
als Lewis-Säure.
- Die Liganden sind als Lewis-Basen
wirkende Anionen oder Moleküle. Die Liganden sind an das Zentralatom
koordiniert. Die genaue Art der Bindung zwischen Ligand und Zentralatom kann
zwischen weitestgehend kovalent und ionisch variieren. Ein Ligand
stellt dem Zentralatom mindestens ein Elektronenpaar zur Verfügung.
- Mehrzähnige Liganden (Chelatliganden)
stellen mehr als ein Elektronenpaar bereit. Die so gebildeten Komplexe
werden Chelatkomplexe genannt und weisen eine höhere Stabilität
auf.
- Die Anzahl der direkt an das Zentralatom gebundenen Liganden bestimmt die Koordinationszahl
des Komplexes.
- Die Ionenladung eines Komplexes ergibt sich aus der Summe der Ladungen des
Zentralatoms und der Liganden.
- Die Stabilität eines Komplexes lässt sich über die Dissoziationskonstante
oder die Komplexbildungskonstante beschreiben. Dabei ist letztere der
Kehrwert der Dissoziationskonstante.
- Komplexe sind oft farbig.
Geometrie
- Aus der Anzahl der Liganden, die direkt am Zentralatom gebunden sind, der
sogenannten Koordinationszahl, lassen sich für die räumliche Anordnung
der Liganden Schlüsse ziehen.
- Die meisten Komplexe weisen Koordinationszahlen von 2, 4 oder 6 auf, wobei
6 am häufigsten ist. Bekannt sind Komplexe bis zur Koordinationszahl 12.
| 2 |
linear |
| 4 |
tetraedrisch oder quadratisch-planar |
| 6 |
oktaedrisch |
High- und Low-Spin-Komplexe
- High- und Low-Spin-Komplexe unterscheiden sich in der Anordnung der
Elektronen des Zentralatoms in dessen Orbitale.
- Bei High-Spin-Komplexen liegen mehr ungepaarte Elektronen vor und es sind
folglich insgesamt mehr Orbitale besetzt. Die Spins der ungepaarten
Elektronen addieren sich.
- Low-Spin-Komplexe bevorzugen die Anordnung ihrer Elektronen in weniger
Orbitalen, die jedoch bevorzugt doppelt besetzt werden. Da sich die beiden
Elektronen eines Orbitals in ihrem Spin unterscheiden müssen, heben sich in
Low-Spin-Komplexen mehr Spins auf, so das der resultierende Gesamtspin eben
niedriger ist.
- Welche der beiden Konfigurationen von einem Komplex eingenommen wird,
hängt davon ab, welche energetisch günstiger ist.
- Ist die Spinpaarungsenergie P, also die Energie die aufgebracht
werden muss, um die gegenseitige Abstoßung zweier Elektronen in einem
Orbital zu überwinden, größer als der Energiebetrag Δ0,
der zur Besetzung des nächst höheren Orbitals aufgebracht werden muss, so
wird bevorzugt das neue Orbital besetzt und es entstehen High-Spin-Komplexe.
Bei umgekehrten Voraussetzungen entstehen Low-Spin-Komplexe.
- Der Wert für die Spinpaarungsenergie liegt im allgemeinen in der
Größenordnung von 200 kJ/mol. Er ist abhängig von der Art des
Zentralatoms. Der notwendige Energiebetrag zur Besetzung des nächst
höheren Orbitals (Δ0) ist von Komplex
zu Komplex verschieden und hängt vor allem von den Liganden ab.
- Δ0 lässt sich ermitteln, indem man
die Absorptionsspektren der Komplexe vermisst. Es wird nun Licht der
Frequenz absorbiert, deren Energie genau so groß ist, wie der Übergang von
einem bereits besetzten Orbital in das nächst energiereichere. Da die
Liganden für die Größe von Δ0
verantwortlich sind, bestimmen sie also auch die Farbe eines Komplexes.
- In der spektrochemischen Serie werden die Liganden nach
ansteigendem, von ihnen verursachten, Wert für Δ0
geordnet. Danach gilt:
I- < Br- < Cl-
< F- < OH- < C2O4-
< H2O < NH3 < NO2- < H-
< CN-
- Daraus folgt, dass Halogeno-Komplexe meist High-Spin-Komplexe sind,
während Cyano-Komplexe meist eine Low-Spin-Konfiguration aufweisen.
- Bei tetraedrisch angeordneten Liganden ist die notwendige Energiedifferenz
zur Besetzung eines neuen Orbitals besonders gering; praktisch alle
tetraedrischen Komplexe sind folglich High-Spin-Komplexe.
Quadratisch-planare Komplexe liegen hingegen aus energetischen Gründen
immer in Low-Spin-Konfiguration vor.
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