HSAB Bindungsarten

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Komplexverbindungen und HSAB-Bindungsarten

Komplexverbindungen sind faszinierende Bausteine der Chemie, die in allerlei biologischen, industriellen und umweltbezogenen Prozessen eine Rolle spielen. Diese Verbindungen sind Molekülstrukturen, bei denen ein Zentralion – häufig ein Übergangsmetall – von mehreren Liganden umgeben ist.

Aufbau und Bildung von Komplexverbindungen

Das Zentralion, oft ein Metallion wie das Eisen(II) im Nitroprussid-Natrium, agiert als Lewis-Säure. Das bedeutet, es ist ein Elektronenpaarakzeptor. Die Liganden – etwa NH3, H2O oder organische Moleküle wie Pyridin – sind Lewis-Basen und stellen die Elektronenpaare für die Bindung zur Verfügung. Hierbei entstehen koordinative Bindungen, wodurch Liganden direkt an das Zentralion gebunden werden.

HSAB-Konzept und Bindungsverhalten in Komplexen

Das HSAB-Konzept (nach Pearson) geht auf die harten und weichen Eigenschaften von Säuren und Basen ein und wie diese das Bindungsverhalten in Komplexen beeinflussen.

Hart Weich
Kleine Ionenradien Große Ionenradien
Hohe Ladungen Geringe Ladungen
Geringe Polarisierbarkeit Große Polarisierbarkeit

Während harte Säuren und Basen, wie beispielsweise Fluoridionen, eher klein, hochgeladen und wenig polarisierbar sind, sind weiche Säuren und Basen, wie Iodidionen, größer, weniger geladen oder ungeladen und stärker polarisierbar. Dieser Zusammenhang wurde auch noch einmal in der Tabelle verdeutlicht.

Wichtige HSAB-Regel

Merke dir gut: Harte bindet gerne mit Hartem und Weiches mit Weichem. Das ist besonders relevant, wenn das IMPP nach Bindungsvorlieben fragt.

Ligandenaustausch und Charge-Transfer-Komplexe

Ein weiterer interessanter Aspekt ist der Prozess des Ligandenaustausches. Dabei lassen sich die Liganden in einem Komplex austauschen, ohne dass das Zentralion an sich verändert wird. Dies geschieht über Charge-Transfer-Komplexe, bei denen Elektronendonatoren-Liganden durch andere ersetzt werden und es zu einer Verschiebung der Elektronendichte kommt.

Übergangsmetallkomplexe

Übergangsmetalle sind besonders prädestiniert für die Bildung von Komplexverbindungen. Das liegt an ihrer elektronischen Struktur mit leeren Orbitalen, die bereitwillig Elektronenpaare von Liganden aufnehmen.

Examensrelevanz von Übergangsmetallkomplexen

Besonders aufmerksam solltest du auf die Eigenschaften und Beispiele von Übergangsmetallkomplexen sein. Das IMPP zielt häufig auf das Verständnis dieser Komplexbildung ab.

Koordinationszahlen

In der folgenden Tabelle sind für die verschiedenen Koordinationszahlen einmal Beispiele dargelegt.

Koordinationszahl Beispiel
2 \([Ag(NH_3)_2]^+\)
4 \([Zn(OH)_4]^{2-}\)
6 \([Fe(CN)_6]^{4-}\)

Die Koordinationszahl bestimmt maßgeblich den geometrischen Aufbau des Komplexes. Diese Sachverhalte werden häufig abgefragt.

Geometrischer Aufbau

Der geometrische Aufbau der Komplexe wird durch die Koordinationszahl bestimmt. Folgende Geometrien sollte man sich einprägen:

Koordinationszahl Geometrie
2 linear
3 trigonal-planar
4 tetraedrisch oder quadratisch-planar
5 trigonal-planar oder quadratisch-pyramidal
6 oktaedrisch

Wenn man diese Tabelle auswendig kann, sind einige Fragen geschenkt weil sie nichts weiter abprüfen als die Geometrie bei einer gewissen Koordinationszahl!

Zusammenfassung

  • Ligandenaustauschreaktion: Prozess, bei dem ein Ligand in einem Komplex durch einen anderen ersetzt wird, ohne dass sich die Identität des Zentralions ändert, wobei Koordinationsbindungen auf- und abgebaut werden.
  • Lewis-Säuren und -Basen: In Komplexen fungiert das Zentralatom als Lewis-Säure (Elektronenakzeptor), während die Liganden als Lewis-Basen (Elektronendonatoren) agieren, indem sie ihre Elektronenpaare zur Verfügung stellen.
  • HSAB-Konzept: Beschreibt die Interaktion zwischen harten und weichen Säuren/Basen; harte Säuren sind klein, hoch geladen und wenig polarisierbar, während weiche Basen groß, weniger geladen oder ungeladen und stark polarisierbar sind.
  • Komplexbildung: Übergangsmetalle neigen aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration und verfügbaren leeren Orbitale zur Komplexbildung, indem sie mit Liganden Koordinationsbindungen eingehen.
  • Pearson-Prinzip: Unterscheidet Chemikalien nach ihrer ‘Härte’ oder ‘Weichheit’ und ihrer Säure- oder Baseneigenschaften, wobei harte Säuren eine hohe positive Ladungsdichte aufweisen und weiche Basen eine niedrige Ladungsdichte haben.
  • Typische Liganden: Ammoniak (NH3), Wasser (H2O) und organische Moleküle wie Pyridin können als Liganden dienen; sie haben freie Elektronenpaare, um koordinative Bindungen einzugehen.
  • Charge-Transfer-Komplexe: Beteiligt bei Ligandenaustauschreaktionen, wenn ein Elektronendonator-Ligand durch einen anderen ersetzt wird, was die elektronische Struktur und Eigenschaften des Komplexes beeinflussen kann.

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