Die Komplexchemie (Koordinationschemie) ist der Bereich der anorganischen Chemie, der sich mit chemischen Komplexverbindungen befasst.
Komplexverbindungen bestehen aus einem (meist metallischen) Zentralatom bzw. Zentralion, das von Liganden umgeben ist. Viele Komplexverbindungen sind farbig und können daher als Farbstoffe eingesetzt werden. Häufig sind Komplexverbindungen aus entsprechenden Salzen eines Zentralions zugänglich. Beispielsweise färbt sich wasserfreies, weißes Kupfersulfat bei Zugabe von Wasser hellblau. Es entsteht ein Aqua-Komplex des Kupfers, bei dem vier Wassermoleküle als Liganden des Zentralions auftreten:
Die Koordinationszahl gibt an, mit wie vielen sog. einzähnigen Liganden ein Zentralatom sich umgibt. Bevorzugt werden die Koordinationszahlen 4 und 6. Ist die Koordinationszahl gleich:
zwei, liegt ein lineares Molekül vor
bei drei erhält man entweder eine trigonalplanare oder eine verzerrt-trigonal-planar-pyramisiche Struktur
vier ergeben die Liganden einen Tetraeder oder eine quadratisch-planare Struktur
fünf eine (quadratisch)pyramidale oder (selten) trigonal-bipyramidale Struktur
sechs. Die Liganden ergeben einen Oktaeder oder eine trigonal prismatische Struktur.
eigentlich schon exotisch ist die Koordinationszahl 7. Sie ergibt einen verkappten Oktaeder
nennenswert sind nur noch die Koordinationszahlen 8 und 12.
die Zähnigkeit
Die Zähnigkeit gibt an wieviele Bindungen zum Zentrallatom ein Ligand ausbilden kann. Liganden die nur eine Bindung zum Zentralatom ausbilden werden einzähnig oder monodentat genannt. Amin ist beispielsweise ein einzähniger Ligand:
H3N-M
Eine besondere Rolle spielen Chelatliganden, das sind Liganden, die gleichzeitig mehrere Koordinationsstellen ausbilden. Die entstehenden Komplexe heißen Chelatkomplexe. Nach der Anzahl der Koordinationsstellen spricht man von zweizähnigen (2 Koordinationsstellen), vierzähnigen (4 Koordinationsstellen) usw. Liganden.
Ein zweizähniger Ligand ist beispielsweise Tmeda Ethylendiamin, H2N-CH2-CH2-NH2:
M
/ /
H2N NH2
/ /
CH2-CH2
vierzähnige Liganden: z.B. NTA: Nitrilotriessigsäure
sechszähnige Liganden: z.B. EDTA: Ethylen-diamin-tetraacetat, (-OOC-H2C-)2 N-CH2-CH2-N(-CH2-COO-)2 EDTA kann zur Enthärtung von Wasser eingesetzt werden, da es mit Calcium zu leicht löslichen Chelatkomplexen reagiert.
Andere bedeutende mehrzähnige Liganden sind Bipyridyl und Phenantrolin
mehrkernige Komplexe
Mehrkernige Komplexe enthalten mehr als ein Zentralatom. Sie sind über einen Brückenliganden beispielsweise Sauerstoff oder Chlor verbunden. Häufig handelt es sich dabei um einen Mehrelektronenzentrenbindung.
Valenzbindungstheorie: Ligandenorbitale überlappen mit unbesetzten Hybrid-Orbitalen des Zentralatoms. Die VB-Therorie erklärt die Gemoetrie recht gut, aber z.B. nicht die Farbigkeit von Komplexen.
Kristallfeldtheorie: Die Kristallfeldtheorie geht von reinen elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Liganden und dem Zentralatom aus.
Ligandenfeldtheorie: Die Ligandenfeldtheorie ist eine Erweiterung der Kristallfeldtheorie, hier werden zusätzlich Überlappungen von Metall- und Ligandenorbitalen betrachtet.
biologische Bedeutung
Auch in der Biologie gibt es Komplexe, beispielsweise Hämoglobin oder Chlorophyll (jeweils Chelatkomplexe). Einige Enzyme haben komplexartigen Charakter.
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