Eigenschaften durch Komplexbindung von Metall-Ionen

Eigenschaften durch Komplexbindung von Metall-Ionen Übung

• Nenne Eigenschaften des Metallions, die durch Komplexbildung beeinflusst werden.

  Tipps

  Welche Eigenschaften haben Salze allgemein und worauf können Komplexe Einfluss nehmen?

  Lösung

  Komplexe entstehen, wenn Ligandenmoleküle an ein Zentralteilchen koordinativ binden. Diese Verbindungen unterscheiden sich mitunter stark von den Salzen ohne Liganden.

  • Farbigkeit: Während ein Aquakomplex eines Kupfersalzes blass blau ist, wird die Lösung durch Zugabe von Ammoniak tief dunkelblau. Die Aqualiganden werden dabei gegen Amminliganden getauscht.
  • Löslichkeit: Schwerlösliche Salze, wie Silberchlorid, können durch Zugabe von Ammoniak in Lösung gehen. Der gebildete Amminkomplex ist im Gegensatz zum Salz gut löslich.
  • Redoxpotenzial: Cobalt(II)-Ionen in einem Aquakomplex lassen sich nur schwer oxidieren. Wird Ammoniak dazugegeben, lässt sich das Ion leichter zu Cobalt(III) oxidieren, da die Liganden das Redoxpotenzial herabsetzen.

  Liganden können also auf viele charakteristische Eigenschaften von Metallsalzen Einfluss nehmen.

• Beschreibe den Einfluss der Komplexbildung auf das Redoxpotential.

  Tipps

  Lassen sich Ionen leichter oxidieren, wenn das Potenzial hoch ist oder wenn es niedrig ist?

  Lösung

  Cobaltionen liegen in Salzen in der Oxidationsstufe +II vor. Das Redoxpotenzial ist zu hoch, um es durch Luftsauerstoff oxidieren zu können. Wird nun allerdings Ammoniak dazugegeben, dann bildet sich ein Amminkomplex. Dabei komplexieren sechs Amminliganden das Cobaltion. Durch die Komplexbildung wird das Redoxpotenzial des Cobaltions herabgesetzt. Nun ist es schon möglich durch den Luftsauerstoff das Ion zu oxidieren. Im Amminkomplex liegt das Ion deshalb in der Oxidationsstufe +III vor.

  In Aquakomplexen liegt Cobalt also immer in der Oxidationsstufe +II und in Amminkomplexen in der Oxidationsstufe +III vor.

• Erkläre die Rolle der Komplexbildung in der Schwarz-Weiß-Fotografie.

  Tipps

  Liganden können die Löslichkeit von Salzen beeinflussen.

  Lösung

  Die Filme und Fotopapiere in der Schwarz-Weiß-Fotografie sind mit lichtempfindlichem Silberbromid beschichtet. Durch die Belichtung und anschließende Entwicklung werden die Bereiche, auf die Sonnenlicht eingetroffen ist, schwarz. Es bildet sich elementares Silber. Um nun ein permanentes Foto zu erhalten, muss das so gewonnene Bild fixiert werden. Es muss nun also lichtunempfindlich werden. Um das zu gewährleisten, muss das überschüssige Silberbromid vom Foto entfernt werden. Da das Salz schwerlöslich ist, lässt sich das Salz nicht einfach im Wasserbad entfernen. Es wird daher Natriumthiosulfat dazugegeben. Das Thiosulfation ist ein guter Ligand und komplexiert das Silberion. Der entstehende Komplex ist nun leicht löslich und so kann das überschüssige Silbersalz mit Wasser abgewaschen werden.

• Bestimme die Wellenlängen, in denen die folgenden Komplexe Licht absorbieren.

  Tipps

  Die absorbierte Wellenlänge ist in dem Licht, welches reflektiert wird, nicht mehr enthalten.

  Der Komplex erscheint in der Komplementärfarbe zu der Lichtfarbe, die absorbiert wird.

  Lösung

  Das sichtbare Licht besteht aus allen Lichtfarben und ergibt zusammen weißes Licht. Trifft nun das Licht auf einen Komplex, dann wird ein Teil des Lichtes zur Anregung von Elektronen im Komplex absorbiert. Dieser Teil des Lichtes fehlt dann also dem reflektierten Licht. Wird also die Energie vom blauen Licht zur Anregung benötigt, wird das Licht ohne den blauen Anteil reflektiert. Damit erscheint die Lösung des Komplexes in der Komplementärfarbe, also Gelb.

  Das sichtbare Licht liegt etwa zwischen 400 - 750 nm. Davor liegt das energiereichere ultraviolette Licht und dahinter das energieärmere infrarote Licht. Je höher also die Wellenlänge des Lichtes, desto energieärmer ist es.

• Erkläre, wie Farbigkeit in Verbindungen zustande kommt.

  Tipps

  Das sichtbare Licht besteht aus einem Spektrum von Blau bis Rot. Gebrochen an einem Prisma, lassen sich die einzelnen Farben des Lichtes erkennen.

  Lösung

  Damit ein Molekül farbig erscheint, muss es eine bestimmte Wellenlänge aus dem sichtbaren Licht absorbieren. Der reflektierte Teil, also das sichtbare Licht ohne die absorbierte Wellenlänge, lässt das Molekül farbig erscheinen. Dabei ist die Farbe des Moleküls immer komplementär zu der Lichtfarbe, die absorbiert wurde. Die Farbe liegt also auf dem Farbkreis gegenüber der absorbierten Farbe.

  Wird nun das gesamte sichtbare Licht absorbiert, erscheint die Verbindung schwarz, wird alles reflektiert erscheint die Verbindung farblos.

• Bestimme die Stoffe, die als Nässeindikator dienen können.

  Tipps

  Soll ein Stoff Nässe anzeigen, muss sich etwas durch die Reaktion mit Wasser ändern.

  Lösung

  Viele Salze haben eine charakteristische Farbe. Oft entsteht diese durch die Aquakomplexe der Metallionen. Die typischen Farben der Salze entstehen also durch die Reaktion mit Wasser. Im wasserfreien Zustand sehen viele Salze der Übergangsmetalle allerdings ganz anders aus.

  • $CuCl_2$ (wasserfrei) = rotbraun
  • $CoCl_2$ (wasserfrei) = blau
  • $FeCl_3$ (wasserfrei) = tief dunkelgrün
  • $CuSO_4$ (wasserfrei) = farblos

  Die Farben der wasserfreien Salze unterscheiden sich also enorm von den Farben der Salze mit Kristallwasser. Deshalb zeigen sie durch Farbänderung auch schon kleinste Spuren von Wasser an.

  Farblose Salze, die auch mit Hydratwasser farblos sind, wie Magnesiumoxid sind nicht geeignet, genauso Metalle, die nicht mit Wasser reagieren.