Aquakomplexe
Aquakomplexe (ältere Bezeichnung: Aquokomplexe) sind hydratisierte Metallionen mit einer festgelegten Anzahl von Wassermolekülen als Liganden[1] und der allgemeinen Formel [M(H2O)n]z+. Zwischen den Kationen und den Wassermolekülen tritt daher eine koordinative Bindung auf. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass durch das Auftreten der Aquakomplexe die Ligandenfeldstabilisierungsenergie die Hydrationsenergie beeinflusst, was dazu führt, dass anstelle des erwarteten linearen Anstiegs der Hydratationsenthalpie mit der Kernladungszahl ein komplizierteres Muster zu beobachten ist.
Aufbau und räumliche Gestalt
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Viele Metall-Ionen der Übergangselemente bilden Aquakomplexe mit unterschiedlichen Koordinationszahlen. Die meisten Aquakomplexe besitzen die Koordinationszahl 6 mit der allgemeinen Formel [M(H2O)6]z+. Die Wassermoleküle ordnen sich bei dieser Koordinationszahl oktaedrisch um das Zentralion an.[2] Typische Hexaaquakomplex-Ionen sind in folgender Tabelle[3][4] zu finden:
| Komplex-Ion | Formel | Farbe | Elektronenanordnung |
|---|---|---|---|
| Hexaaquaaluminium(III)-Ion | [Al(H2O)6]3+ | ||
| Hexaaquacalcium(II)-Ion | [Ca(H2O)6]2+[5] | ||
| Hexaaquachrom(II)-Ion | [Cr(H2O)6]2+ | himmelblau | high-spin-Komplex |
| Hexaaquachrom(III)-Ion | [Cr(H2O)6]3+ | violett | |
| Hexaaquacobalt(II)-Ion | [Co(H2O)6]3+ | rot | low-spin-Komplex |
| Hexaaquaeisen(II)-Ion | [Fe(H2O)6]2+ | blassgrün | high-spin-Komplex |
| Hexaaquaeisen(III)-Ion | [Fe(H2O)6]3+ | farblos | high-spin-Komplex |
| Hexaaquairidium(III)-Ion | [Ir(H2O)6]3+ | ||
| Hexaaquakalium(I)-Ion | [K(H2O)6]+[5] | ||
| Hexaaquakupfer(II)-Ion | [Cu(H2O)6]2+ | blassblau | |
| Hexaaquamangan(II)-Ion | [Mn(H2O)6]2+ | rosa | |
| Hexaaquamangan(III)-Ion | [Mn(H2O)]3+ | granatrot | high-spin-Komplex |
| Hexanatrium(I)-Ion | [Na(H2O)]3+[5] | ||
| Hexaaquanickel(II)-Ion | [Ni(H2O)]2+ | grün | |
| Hexaaquarhodium(III)-Ion | [Rh(H2O)]3+ | gelb | |
| Hexaaquatitan(III)-Ion | [Ti(H2O)]3+ | blassviolett |
Neben den Hexaaquakomplex-Ionen gibt es auch einige Aquakomplexe mit der Koordinationszahl 4. Die Liganden sind quadratisch-planar oder tetraedrisch angeordnet.[3]
| Komlex-Ion | Formel | Farbe |
|---|---|---|
| Tetraaquaberyllium(II)-Ion | [Be(H2O)4]2+ | |
| Tetraaquacalcium(II)-Ion | [Ca(H2O)4]2+[5] | |
| Tetracobalt(II)-Ion | [Co(H2O)4]2+ | blau |
| Tetrakupfer(II)-Ion | [Cu(H2O)4]2+ | hellblau |
| Tetraaqualithium(I)-Ion | [Li(H2O)4]+[5] | |
| Tetranatrium(I)-Ion | [Na(H2O)4]+[5] |
In Kristallstrukturen können Metall-Ionen auch weitere Aquakomplex-Ionen mit unterschiedlichen Koordinationszahlen ausbilden.[5]
| 1. Gruppe | 2. Gruppe | ||
|---|---|---|---|
| Ion | Koordinationszahlen | Ion | Koordinationszahl |
| Lithium-Ion | 4, 6 | Beryllium-Ion | 4 |
| Natrium-Ion | 2, 4, 5, 6, 8 | Magnesium-Ion | 6 |
| Kalium-Ion | 6, 7, 8 | Calcium-Ion | 4, 6, 7, 8 |
| Rubidium-Ion | 9 | ||
| Caesium-Ion | 10 | ||
Die Aquakomplex-Ionen der Übergangsmetalle können ebenfalls eine Vielzahl von Koordinationszahlen aufweisen.[5]
Metall-Ionen der 13. Gruppe sind oktaedrisch koordiniert, mit der Koordinationszahl n = 6 und der allgemeinen Formel [M(H2O)6]3+.[5]
Auch Elemente der Lanthanoiden-Gruppe können Aquakomplexe bilden. Hier treten verschiedene Koordinationszahlen bis 8 auf. Die allgemeine Formel lautet [Ln(H2O)n]2+.[3]
Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Alle Aquakomplexe mit dreiwertigen kleinen Kationen sind in der Lage als Brønsted-Säure zu reagieren. Beispielsweise fungiert der Aqua-Ligand des Hexaaquaeisen(III)-Ions als Protonendonator. Aus einem Aqua-Ligand wird durch die Reaktion ein Hydroxido-Ligand. Das Hexaaquaeisen(III)-Ion hat einen pKS-Wert von 2,46.[4]
![{\displaystyle [Fe(H_{2}O)_{6}]^{3+}\rightleftharpoons [Fe(H_{2}O)_{5}(OH)]^{2+}+H^{+}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/1b0282ae9ef0b3de044c42a9ea3d21664513e046)
Weblinks
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Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Aquakomplexe. In: Spektrum.de. Abgerufen am 23. März 2025.
- ↑ S. F. Lincoln, D. T. Richens, A. G. Sykes: 1.25 – Metal Aqua Ions. In: Comprehensive Coordination Chemistry II. Pergamon, Oxford 2003, ISBN 978-0-08-043748-4, S. 515–555, doi:10.1016/B0-08-043748-6/01055-0.
- ↑ a b c Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. 10. Auflage. Walter de Gruyter GmbH, Berlin / Boston 2022, ISBN 978-3-11-069604-2, S. 636 ff.,649, 729–919.
- ↑ a b Brigit Weber: Koordinationschemie – Grundlagen und aktuelle Trends. 2. Auflage. Springer-Verlag GmbH, Berlin 2022, ISBN 978-3-662-63818-7, S. 96.
- ↑ a b c d e f g h i Ingmar Persson: Structures of Hydrated Metal Ions in Solid State and Aqueous Solution. In: Liquids. Band 2, Nr. 3, 7. September 2022, S. 210–242, doi:10.3390/liquids2030014.