Der Chelateffekt

Experimente:
Versuch: Erhöhte Komplexstabilität durch Chelatbildung


Eine wässrige Nickel(II)-Lösung lässt sich mit konzentrierter Ammoniaklösung in den blauen Hexaamminnickel(II)-Komplex überführen. Durch Verdünnen mit Wasser kann das Gleichgewicht dieser Reaktion aber relativ leicht wieder nach links verschoben werden (-> Versuch).

[Ni(H2O)6]2+ + 6 NH3 [Ni(NH3)6]2+ + 6 H20
    grün                                            blau

Versetzt man eine blaue Hexaamminnickel(II)-Lösung mit Ethylendiamin, entsteht der violette Tris(ethylendiamin)nickel(II)-Komplex. Durch erneute Zugabe von konzentrierter Ammoniaklösung lässt sich dieses Gleichgewicht allerdings nicht mehr so einfach auf die andere Seite verschieben (-> Versuch).

[Ni(NH3)6]2+ + 3 en [Ni(en)3]2+ + 6 NH3
      blau                                    violett

(Beim ersten Versuchsteil tritt durch das alkalische Milieu leider eine störende Hydroxidfällung auf.)

RG1: grüner Aquakomplex
RG2: blauer Amminkomplex
RG3: Rückkehr zum Aquakomplex nach Wasserzugabe
RG4: violetter Chelatkomplex
RG5: Keine Rückkehr zum Amminkomplex nach Ammoniakzugabe
(Foto: Sandra)


Obwohl beide Komplexe eine ähnliche Struktur besitzen, ist dieser en-Komplex (KB = 1012 mol-3 · l3) bedeutend stabiler als der Amminkomplex (KB = 109 mol-6 · l6).

        

Amminkomplex                   en-Komplex

Chelatkomplexe sind allgemein immer stabiler als vergleichbare Komplexe mit einzähnigen Liganden.
Man bezeichnet dieses Phänomen als Chelateffekt.

Wie ist dieser Effekt zu erklären?

Dafür gibt es zwei Gründe:
1. Ist bei einer Komplexbildung das erste Atom eines Chelatliganden schon bereits am Zentralteilchens gebunden, begünstigt das die Bindung von weiteren Bindungsstellen dieses Liganden, da diese ja schon nah am Zentrum liegen.
Bei einer Ligandenaustauschreaktion müssen außerdem erst alle Bindungen des Chelatliganden gleichzeitig abgespalten werden, um ihn gegen einen anderen Liganden auszutauschen. Bei einzähnigen Liganden erfolgt dies schon bei der Spaltung einer Bindung.
2. Durch den Austausch von mehreren einzähnigen Liganden durch einen Chelatliganden erhöht sich die Anzahl der freien Teilchen in der Lösung. Dadurch kommt es zu einer Zunahme der Entropie. D. h. es herrscht ein Zustand von größerer Unordnung, der spontan ablaufende Reaktionen begünstigt.
Das Gleichgewicht verschiebt sich somit auf die Seite der Chelatkomplexbildung.


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Letzte Überarbeitung: 11. Dezember 2008, Dagmar Wiechoczek