Komplexe der Übergangsmetalle – Farbe, Koordinationszahl und Geometrie
ChemieAnorganische ChemieAlter 17–18Virtuelles Labor
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Als Nächstes in Anorganische Chemie
Ein Becherglas enthält den Aqua-Komplex eines Übergangsmetallions (Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺) in seiner echten Farbe. Ziehen Sie den Regler für die Ligandkonzentration (NH₃, konzentriertes Cl⁻, SCN⁻ oder OH⁻), damit der Ligand nach und nach die Wassermoleküle in der inneren Koordinationssphäre ersetzt: Die Farbe der Lösung wechselt zu der des neuen Komplexes, und ein drehbares 3D-Modell zeigt die richtige oktaedrische, tetraedrische oder quadratisch-planare Form, zusammen mit Komplexformel und Koordinationszahl. Die Ansicht d-Aufspaltung: Wählen Sie ein Ion (Ti³⁺, Cr²⁺/Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺) und einen Liganden der spektrochemischen Reihe I⁻ < Cl⁻ < H₂O < NH₃ < en < CN⁻ < CO und sehen Sie Δo = hν, die absorbierte Wellenlänge und die Komplementärfarbe, High-Spin oder Low-Spin aus dem Vergleich von Δo mit der Spinpaarungsenergie, die ungepaarten Elektronen und das Moment μ = √(n(n+2)) μB, gemessen mit einer Gouy-Waage. Die Ansicht Reagenzgläser: Geben Sie NaOH, NH₃ oder Na₂CO₃ tropfenweise und dann im Überschuss zu Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺ oder einer unbekannten Lösung, lesen Sie den pH-Wert ab und notieren Sie Niederschläge, amphoteres Verhalten und CO₂.
Lektion: Komplexverbindungen: Zentralatom, Liganden, Koordinationszahl, Geometrie und Farbe
Was sie zeigt
Ein Komplex eines Übergangsmetalls besteht aus einem zentralen Metallion, an das Liganden gebunden sind: Moleküle oder Ionen, die freie Elektronenpaare abgeben. In Wasser liegt das Ion als Aquakomplex vor; ein zugegebener Ligand verdrängt Wassermoleküle und kann Koordinationszahl, Geometrie und Farbe ändern. Sechs Liganden ergeben meist einen oktaedrischen Komplex, vier einen tetraedrischen oder quadratisch-planaren. Die Farbe entsteht, weil die Liganden die Energieniveaus der d-Orbitale aufspalten und der Komplex einen Teil des sichtbaren Lichts absorbiert, etwa beim tiefblauen Cu²⁺ mit NH₃ im Überschuss. Die Ansicht d-Aufspaltung zeigt die Niveaus t₂g und e_g im Abstand Δo, der entlang der spektrochemischen Reihe und mit der Ladung des Ions wächst; Licht der Energie hν ≈ Δo wird absorbiert, und der Vergleich von Δo mit der Spinpaarungsenergie entscheidet über High-Spin oder Low-Spin. In der Ansicht Reagenzgläser entscheidet die Reagenzmenge, was entsteht: Hydroxide fallen aus, manche lösen sich im Überschuss wieder, und 3+-Ionen, wegen ihrer höheren Ladungsdichte saurer, setzen aus Carbonat CO₂ frei.
So funktioniert es
Wählen Sie das Zentrale Metallion und unter Zugegebener Ligand einen Liganden, und ziehen Sie den Regler Zugegebene Ligandkonzentration von 0 M aus nach oben. Beobachten Sie, wie sich die Farbe der Lösung ändert, während Liganden das Wasser verdrängen, und lesen Sie in der Gleichungszeile Formel, Koordinationszahl und Geometrie ab. Ist 3D-Komplexmodell anzeigen aktiv, lässt sich das Kugel-Stab-Modell durch Ziehen drehen. Manche Kombinationen ergeben einen Niederschlag oder keine deutliche Änderung, was sich ebenfalls gut besprechen lässt. Wählen Sie im Reiter d-Aufspaltung ein Metallion und einen Liganden (oder tippen Sie auf die Reihe), vergleichen Sie Δo mit P, lesen Sie die Farbe ab und schalten Sie den Magneten der Gouy-Waage ein, um das Moment zu messen. Wählen Sie unter Reagenzgläser eine Lösung und ein Reagenz, geben Sie Tropfen und dann einen Überschuss zu und drücken Sie Notieren; bestimmen Sie mit Unbekannt ein Ion.
Einstellbare Parameter
- Zentrales Metallion Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺
- Zugegebener Ligand NH₃ im Überschuss, Konzentriertes Cl⁻ (HCl), SCN⁻, OH⁻
- Zugegebene Ligandkonzentration 0–6 M
- 3D-Komplexmodell anzeigen
- Ansicht Farbe und Geometrie, Aufspaltung der d-Orbitale (Δo), Reagenzgläser
- Metallion (Aufspaltungsansicht) Ti³⁺, Cr²⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺
- Ligand in der spektrochemischen Reihe I⁻, Cl⁻, H₂O, NH₃, en (Ethylendiamin), CN⁻, CO
- Magnet der Gouy-Waage an
- Lösung (Reagenzglas-Ansicht) Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Unbekannt
- Reagenz (Reagenzglas-Ansicht) NaOH, NH₃, Na₂CO₃
Fragen zum Erkunden
- Welches Teilchen ist im Komplex aus Cu²⁺ und überschüssigem NH₃ das Zentralion, welche sind die Liganden?
- Warum ändert sich die Farbe der Lösung, wenn ein neuer Ligand die Wassermoleküle verdrängt?
- Welche Geometrien sind für einen Komplex mit der Koordinationszahl 4 möglich?
- Warum setzen Fe³⁺-, Cr³⁺- und Al³⁺-Lösungen mit Na₂CO₃ CO₂ frei, während Cu²⁺, Fe²⁺ und Co²⁺ Carbonate bilden?
