Komplexverbindungen: Geometrie & Nomenklatur

Versetzt du eine Kupfer(II)-sulfatlösung mit Ammoniaklösung, so bildet sich ein Niederschlag aus Kupfer(II)-hydroxid. Gibst du weiter Ammoniaklösung hinzu, löst sich dieser Niederschlag auf und die Lösung färbt sich blau.

$CuSO_{4(aq)}+4NH_3\rightarrow [Cu(NH_3)_4]SO_{4(aq)}$

Es bildet sich hier eine Komplexverbindung. Dies wird durch eckige Klammern um das Komplex-Ion gekennzeichnet. Das Kupferion ist von vier sogenannten Liganden umgeben. Obwohl es nur zweifach positiv geladen ist, ist es von 4 neutral geladenen Ammoniakmolekülen umgeben. Es muss hier also eine andere Art von Bindung vorliegen, als in einem Salz. Diese wird auch Verbindung höherer Ordnung genannt, weil die Anzahl der Bindungspartner die Wertigkeit des Zentralteilchens übertrifft. Die hier direkt mit dem Zentralatom verbundenen Stickstoffatome sind die Haftatome, durch die Anzahl der Liganden wird die Koordinationszahl (KZ) bestimmt, in diesem Fall ist KZ = 4.

Geometrie von Komplexverbindungen

Die Geometrie von Komplexen wird durch die VSEPR-Theorie vorhergesagt. Hierbei wird angenommen, dass die Liganden den grösstmöglichen Abstand zueinander annehmen. Die wichtigsten Beispiele hierfür sind in der Tabelle aufgeführt:

Koordinationszahl	Geometrie	Beispiel
2	linear	$[AuCl_2]^-$
2	gewinkelt	$[AuBr_2]$
3	trigonal-planar	$[HgI_3]^-$
4	tetraedrisch	$[CuBr_4]^{2-}$
4	quadratisch-planar	$[PdCl_4]^{2-}$
5	bipyramidal	$[Fe(CO)_5]$
6	oktaedrisch	$[Co(NH_3)_6]^{2+}$

Nomenklatur

In den Namen von Komplexen stehen die Namen der Liganden in alphabetischer Reihenfolge vor dem Zentralteilchen. Die Anzahl der Liganden wird durch Zahlwörter (di, tri, tetra…) ausgedrückt. Dann folgt der Name des Liganden. Neutrale Liganden behalten ihren Namen bei oder es existieren Eigennamen, z. B. aqua für Wasser. Die Namen anionischer Liganden enden auf -o, z. B. fluoro für Fluorid. Am Schluss kommt der Name des Zentralteilchens, wobei seine Ladung in runde Klammern mit römischen Ziffern geschrieben wird. Ist die komplexe Einheit insgesamt negativ geladen, erhält das Zentral-Ion die Endung -at, ansonsten verändert sich der Name nicht.

Neutralliganden
H₂O	aqua
NH₃	ammin
CO	carbonyl
NO	nitrosyl
Anionische Liganden
Cl^-	chloro
F^-	fluoro
OH^-	hydroxo
O^2-	oxido
CN^-	cyano
SCN^-	thiocyanato

Beispiele:

$[Cu(NH_3)_4]SO_4$ = Tetr(a)amminkupfer-sulfat
Sulfat ist hier das Anion und kein Ligand!

$[Co(NH_3)_3Cl_3]$ = Triammin-trichloro-cobalt(III)
Komplexe können verschiedene Liganden enthalten.

$[Ca(H_2O)_6]Cl_2$ = Hex(a)aquacalcium-chlorid
Bei dieser Verbindung ist Chlorid als Anion enthalten.

Koordinationszahl

Die Koordinationszahl gibt an, wie viele Partner an das Zentral-Ion gebunden sind. Bei einfachen Liganden, die nur eine Bindung zum Zentral-Ion ausbilden, ist die Koordinationszahl gleich der Zahl der Liganden. Die Koordinationszahl ist abhängig von der Art des Zentralions. Am häufigsten treten die Koordinationszahlen 4 und 6 auf.

Beispiele:

$[Ag(NH_3)_2]^{+}$

Koordinationszahl:2

Zentralion: Ag⁺

$[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Koordinationszahl: 4

Zentralion: Pt²⁺

$[Co(NH_3)_6]^{3+}$

Koordinationszahl: 6

Zentralion: Co³⁺

Achtung: Es gibt Liganden, die mehrfach an das Zentral-Ion gebunden sind. Diese nennt man mehrzähnige oder Chelat-Liganden. Bei diesen entspricht die Koordinationszahl der Gesamtzahl der Zähne der Liganden, die an das Zentral-Ion gebunden sind. Der berühmteste Chelatbildner ist EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure). EDTA bildet 6 koordinative Bindungen zu einem zentralen Metallion aus. Die entstehenden Komplexe sind besonders stabil.

Benennung von Komplexverbindungen

Komplexverbindung mit komplexem Kation: $[Cu(NH_3)_4]SO_4$
Komplexes Kation				Anion
Anzahl der Liganden	Name des Liganden	Name des Zentralions	Oxidationszahl des Zentralions	Name des Anions
Tetra	ammin	kupfer	(II)	sulfat
Tetraamminkupfer(II)-sulfat
Komplexverbindung mit komplexem Anion: $Na[B(OH)_4]$
Kation	Komplexes Anion
Name des Kations	Anzahl der Liganden	Name des Liganden	Name des Zentralions	Oxidationszahl des Zentralions
Natrium	tetra	hydroxo	borat	(III)
Natrium-tetrahydroxoborat(III)
Neutralkomplex: $[Fe(CO)_5]$
Anzahl der Liganden	Name des Liganden	Zentralion	Oxidationszahl des Zentralteilchens
Penta	carbonyl	eisen	(0)
Pentacarbonyleisen(0)