Koordinationschemie

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Chemische Eigenschaften

Viele Komplexe, darunter das Gelbe und das (oben erwähnte) Rote Blutlaugensalz, sind äußerst stabil. Das gilt auch für die meisten Chelatkomplexe, in denen das Zentralteilchen durch die voluminösen Liganden praktisch ganz nach außen abgeschirmt wird. Die Stabilität solcher Komplexe ist oft so hoch, dass das Element des Zentralteilchens bei der chemischen Analyse nicht nachgewiesen werden kann, da es keine hierfür typischen Reaktionen eingehen kann. Das nutzt man bei der so genannten Maskierung aus, wenn das Element bei einer gewünschten chemischen Reaktion stören würde.

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Bindungsverhältnisse und magnetische Eigenschaften

Man unterscheidet bei den Komplexen mit metallischem Zentralatom oder -ion – zumindest formal – zwischen Anlagerungs- und Durchdringungs-Komplexen, wobei letztere meist stabiler sind. Die Anlagerungskomplexe weisen oft starke Ionen-Dipol-Bindungen (z. B. bei Wasser oder Ammoniak) oder Ionen-Ionen-Bindungen auf (z. B. beim Cyanoferrat). Bei ihnen liegt im Allgemeinen nur eine Ligandensorte vor. Auch so genannte Doppelsalze wie die Alaune gehören in diese Gruppe.

Die Durchdringungskomplexe verdanken ihre hohe Stabilität der starken Wechselwirkung (teilweisen Durchdringung) der Elektronenschalen von Zentralteilchen und Liganden. Dabei entsteht praktisch eine gemeinsame äußere Elektronenhülle, die einer stabilen Edelgaskonfiguration ähnelt. Aber anders als bei der gewöhnlichen Atombindung stammen die Bindungselektronen hier nur von einem Partner, nämlich dem Liganden, der dazu mindestens ein freies Elektronenpaar aufweisen muss.

Durchdringungskomplexe sind meist diamagnetisch (siehe Magnetismus), Anlagerungskomplexe dagegen häufig paramagnetisch, was im Allgemeinen von ungepaarten Elektronen herrührt. Die Bindungsverhältnisse in den Komplexen kann man auch mit Hilfe verschiedener spektroskopischer Verfahren untersuchen, z. B. mit der Photoelektronenspektroskopie (siehe Elektronenspektroskopie) sowie der optischen Spektroskopie.

In letzter Zeit wurden in Forschung und Praxis die magnetischen Eigenschaften der Komplexverbindungen immer wichtiger. Sie hängen von der Symmetrie des betreffenden Komplexes und von dessen Elektronenstruktur ab; siehe hierzu Magnetochemie und Ligandenfeldtheorie, die die Bindungsverhältnisse im Einzelnen erklärt.

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Vorkommen von Komplexverbindungen

Komplexe mit organischen Liganden (siehe metallorganische Verbindungen) spielen vor allem in der Biochemie eine große Rolle. Zahlreiche Naturstoffe, darunter der rote Blutfarbstoff Hämoglobin, der Pflanzenfarbstoff Chlorophyll, ferner Cobalamine (Vitamine der B-Reihe), Zytochrome und etliche Enzyme enthalten Metallionen mit organischen Liganden. Auch bestimmte Spurenelemente sind im Organismus komplexartig an Proteine gebunden.

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Anwendung von Komplexverbindungen

Entscheidend für die praktische Verwendung ist vor allem die Komplexstabilität. So wird nach Vergiftungen mit Quecksilber oder Blei oft Ethylendiamintetraacetat (EDTA) verabreicht. Es entgiftet den Organismus, indem es mit den Metallionen einen stabilen Chelatkomplex (s. o.) bildet. Auf ähnliche Weise wird die Komplexierung bei der Entfernung von Schwermetallen aus dem Abwasser galvanotechnischer Betriebe ausgenutzt, ferner bei der chemischen Analyse, wenn der Gehalt an bestimmten Metallen ermittelt wird. Manche Antibiotika bilden Komplexe mit Kaliumionen, so dass sie mit diesen zusammen die Zellwände durchdringen können. Bestimmte Komplexverbindungen werden bei der Textilfärbung eingesetzt.