Ligandenzahl
Wie viele Liganden sind gebunden? In [Ag(NH₃)₂]⁺ sind es zwei NH₃-Moleküle.
Chemie · Klasse 11–13 · Bindungen & Gleichgewichte
Komplexverbindungen und Liganden
Was bedeutet die eckige Klammer in [Ag(NH₃)₂]⁺? Erkenne Zentralteilchen und Liganden, bestimme Ladung und Koordinationszahl und erkläre Ligandenaustausch chemisch.
[Ag(NH₃)₂]⁺
Zentralteilchen + Liganden
Elektronenpaare · Ladung · Koordination
Ein Metall-Ion bindet Liganden um sich
Ein Komplex besteht aus einem Zentralatom oder Zentral-Ion und daran gebundenen Liganden. Liganden sind Moleküle oder Ionen mit mindestens einem geeigneten freien Elektronenpaar.
Im Diamminsilber(I)-Ion [Ag(NH₃)₂]⁺ ist Ag⁺ das Zentral-Ion. Zwei ungeladene Ammoniakmoleküle sind über ihre N-Atome daran gebunden. Die eckige Klammer umfasst die gesamte Koordinationseinheit; das Plus außen gibt ihre Gesamtladung an.
Ag⁺(aq) + 2 NH₃(aq) ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺(aq)
Die Gleichung fasst die Komplexbildung zusammen; die Wasserliganden des gelösten Silber-Ions werden dabei nicht ausdrücklich dargestellt.
Grundlagen: freie Elektronenpaare und Oxidationszahlen.
Der Ligand stellt ein Elektronenpaar bereit
Das Donoratom ist das Atom des Liganden, das direkt an das Zentralteilchen bindet. Bei NH₃ ist es N; bei H₂O ist es O. Ein Ligand wirkt als Lewis-Base, das Zentralteilchen als Lewis-Säure.
Bei der koordinativen Bindung stammt das bindende Elektronenpaar formal zunächst vom Liganden. Der Pfeil zeigt diese Herkunft; im fertigen Komplex kann die Bindung als normaler Bindungsstrich gezeichnet werden. Es wird nicht einfach ein einzelnes Elektron wie bei einer Redoxreaktion übertragen.
Die Skizze zeigt nur die Elektronenpaarspende eines NH₃. Ammoniak ist tatsächlich trigonal-pyramidal; die Zeichnung ist keine Winkelabbildung.
Ligandenzahl und Koordinationszahl unterscheiden
Koordinationszahl
Wie viele Donoratome sind direkt an das Zentrum gebunden? Hier zwei N-Atome, also Koordinationszahl 2.
Ein einzähniger Ligand bindet über ein Donoratom. Ein mehrzähniger Ligand kann über mehrere Donoratome an dasselbe Zentrum binden. Deshalb müssen Ligandenzahl und Koordinationszahl nicht gleich sein.
H₂N–CH₂–CH₂–NH₂ · Ethylendiamin (en)
Ethylendiamin kann mit beiden N-Atomen binden. Dabei entsteht mit dem Metallzentrum ein Ring: ein Chelatkomplex. In [Co(en)₃]³⁺ liefern drei zweizähnige Liganden sechs Donoratome: Ligandenzahl 3, Koordinationszahl 6.
Komplexladung und Oxidationszahl berechnen
1 · Ligandenladungen erkennen
H₂O, NH₃ und en sind ungeladen. Chlorido Cl⁻ und Cyanido CN⁻ tragen jeweils −1. Die Zahl der Liganden liest du am Index außerhalb ihrer Klammer ab.
2 · Ladungen addieren
Komplexladung = Oxidationszahl des Metalls + Summe der Ligandenladungen
[Fe(CN)₆]⁴⁻: x + 6 · (−1) = −4
x = +II
Das Eisen hat die Oxidationszahl +II; das gesamte Komplex-Ion trägt die Ladung 4−. Die Koordinationszahl ist 6, weil sechs einzähnige Cyanidliganden gebunden sind.
3 · Gegenionen außerhalb der Klammer berücksichtigen
K₄[Fe(CN)₆] → 4 K⁺ + [Fe(CN)₆]⁴⁻
Vier K⁺ gleichen die Ladung des Komplexanions aus. Sie sind Gegenionen und werden nicht zur Koordinationszahl des Eisen-Zentrums gezählt. Die Gleichung beschreibt das vereinfachte Lösen des Salzes.
Komplex-Labor: Formel und Aufbau zuordnen
Wähle einen Komplex. Bestimme vor dem Öffnen der Lösung Metall-Oxidationszahl, Liganden und Koordinationszahl.
Zuordnung und Ladungsrechnung anzeigen
Die Sechser-Anordnung ist eine vereinfachte Projektion eines Oktaeders: vier Liganden um die Mitte, einer darüber, einer darunter. Gestrichelte Bindungen weisen nach hinten. Längen und Winkel sind nicht maßstäblich; beim Cyanid bindet hier jeweils das C-Atom.
Ligandenaustausch verändert den Komplex
In Wasser sind viele Metall-Ionen bereits von Wasserliganden umgeben. Andere Liganden können diese ersetzen. Ein bekanntes Beispiel ist die Bildung eines intensiv blauen Kupfer(II)-Ammin-Komplexes bei Ammoniaküberschuss:
[Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4 NH₃ ⇌ [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 4 H₂O
Vier NH₃ ersetzen vier H₂O; zwei Wasserliganden bleiben im vereinfachten Strukturmodell gebunden. Die Gesamtladung bleibt 2+, da beide Liganden ungeladen sind. Kupfer bleibt in der Oxidationsstufe +II: Ligandenaustausch ist hier keine Redoxreaktion.
Liganden beeinflussen die Energien der d-Orbitale des Metallzentrums. Dadurch kann sich ändern, welche Lichtanteile absorbiert werden. Das erklärt viele Farbwechsel – aber nicht jeder Komplex ist farbig und eine Farbe allein beweist keine bestimmte Zusammensetzung.
Die häufige Kurzform [Cu(NH₃)₄]²⁺ lässt Wasserliganden weg. Beim Ableiten einer Koordinationszahl muss klar sein, welche Struktur betrachtet wird. Bei wenig NH₃ kann zudem zunächst Cu(OH)₂ ausfallen, weil Ammoniak auch als Base wirkt.
Komplexbildung ist ein Gleichgewicht
Ag⁺ + 2 NH₃ ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺
β₂ ≈ c([Ag(NH₃)₂]⁺) / [c(Ag⁺) · c(NH₃)²]
β₂ ist die Gesamtbildungskonstante. Ein großer Wert zeigt, dass die Komplexbildung unter passenden Bedingungen stark begünstigt ist. Für die tatsächlich gebildete Menge zählen zusätzlich die Konzentrationen. Streng thermodynamisch wird auch diese Konstante mit Aktivitäten formuliert.
Ein Ligandenüberschuss kann die Komplexbildung fördern. Eine hohe thermodynamische Stabilität bedeutet jedoch nicht automatisch einen langsamen Ligandenaustausch: Gleichgewicht und Geschwindigkeit sind verschiedene Fragen.
Warum Komplexbildung einen Niederschlag lösen kann
AgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻
Ag⁺ + 2 NH₃ ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺
Gesamt: AgCl(s) + 2 NH₃ ⇌ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻
NH₃ bindet freie Ag⁺-Ionen im Komplex. Dadurch sinkt deren freie Konzentration und weiteres AgCl kann sich lösen. Das Löslichkeitsprodukt bleibt unverändert; die Gesamtmenge gelösten Silbers kann dennoch steigen, weil ein Teil komplex gebunden ist.
Hier greifen zwei Gleichgewichte ineinander. Die Gesamtgleichung ist ein chemisches Erklärmodell; wie weit der Feststoff gelöst wird, hängt unter anderem von Ligandenmenge und Gleichgewichtskonstanten ab.
Selbstcheck: Ladung, Bindung und Austausch
Was zählt die Koordinationszahl?
Wähle eine Antwort.
1 · Benenne Zentralteilchen und Liganden in [Ag(NH₃)₂]⁺.
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Was steht innerhalb der eckigen Klammer?
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Zentral-Ion Ag⁺; zwei ungeladene NH₃-Liganden, gebunden über N. Gesamtladung +1.
2 · Welche Ladung hat [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂] bei Cu(II)?
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Alle sechs Liganden sind ungeladen.
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Die Komplexladung ist 2+. Vier N- und zwei O-Donoratome ergeben Koordinationszahl 6 im angegebenen Modell.
3 · Welche Oxidationszahl hat Fe in [Fe(CN)₆]³⁻?
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Jeder CN⁻-Ligand trägt −1.
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x − 6 = −3, also x = +III. Nicht mit der Komplexladung −3 verwechseln.
4 · Welche Rolle haben die zwei Cl⁻ in [Co(NH₃)₆]Cl₂?
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Außerhalb der eckigen Klammer.
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Sie sind Gegenionen. Der Komplex trägt 2+, Cobalt hat +II; die sechs NH₃ ergeben Koordinationszahl 6.
5 · Bestimme Liganden- und Koordinationszahl von [Co(en)₃]³⁺.
Tipp öffnen
en bindet hier zweizähnig.
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Drei Liganden, sechs direkt gebundene N-Donoratome: Koordinationszahl 6.
6 · Warum ist NH₃ ein Ligand?
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Betrachte das freie Elektronenpaar am N.
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Das N-Atom besitzt ein geeignetes freies Elektronenpaar, mit dem es eine koordinative Bindung zum Zentralteilchen bilden kann.
7 · Ist der Austausch von H₂O gegen NH₃ am Cu(II) eine Redoxreaktion?
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Oxidationszahl vor und nach dem Austausch prüfen.
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Nein. Cu bleibt +II und beide Liganden sind ungeladen. Es handelt sich um Ligandenaustausch.
8 · Warum kann sich AgCl bei Komplexbildung lösen, obwohl Kₗ gleich bleibt?
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Freies und insgesamt gelöstes Silber unterscheiden.
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Die Bindung von Ag⁺ durch NH₃ senkt die freie Ag⁺-Konzentration. Weiteres AgCl kann sich lösen; komplex gebundenes Silber zählt zur Gesamtmenge, aber nicht als freies Ag⁺ im Ionenprodukt.
Für den Unterricht: Komplexformeln sichtbar zerlegen
30–45 Minuten: Zentralteilchen, Liganden, Komplexladung und Gegenionen in Formeln farblich markieren. Im Komplex-Labor Ladungsrechnungen und Koordinationszahlen prüfen.
Transfer: Ein- und zweizähnige Liganden mit Modellen vergleichen. Anschließend die beiden Gleichgewichte zur Auflösung von AgCl addieren und erklären, warum freies und insgesamt gelöstes Silber unterschieden werden müssen.
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