Nomenklatur und Oxidationsstufe von Komplexen
Wie man aus einer Komplexformel die Oxidationsstufe des Zentralatoms berechnet und daraus den IUPAC-Namen kationischer, anionischer und neutraler Komplexe bildet.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Komplexnomenklatur bildet aus der Komplexformel nach IUPAC einen eindeutigen Namen, die Oxidationsstufe des Zentralatoms folgt aus der Ladungsbilanz.
- Oxidationsstufe = Ladung der Koordinationseinheit minus Summe der Ligandenladungen, z. B. Fe(III) in \(\ce{Na3[Fe(CN)6]}\) und Ru(II) in \(\ce{[RuCl2(AsPh3)3]}\).
- Neutraler Komplex mit nur neutralen Liganden bedeutet nullwertiges Metall: Ni(0) in \(\ce{[Ni(CO)4]}\), Pd(0) in \(\ce{[Pd(PPh3)4]}\).
- Im Namen gilt Kation vor Anion, Liganden mit griechischem Zahlpräfix alphabetisch ohne Zahlpräfix vor dem Metall, danach die Oxidationszahl in römischen Ziffern.
- Anionische Komplexe enden auf -at, teils mit lateinischem Stamm: \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) heißt Kaliumhexacyanidoferrat(II), \(\ce{[HgI4]^2-}\) Tetraiodidomercurat(II).
Worum es geht
Komplexformeln wie \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) oder \(\ce{[Cu(NH3)4]SO4}\) begegnen dir in Analytik, Arzneibuch und Bioanorganik ständig. Aus der Formel lassen sich mit einer einfachen Ladungsbilanz die Oxidationsstufe des Metalls und mit wenigen festen Regeln der systematische Name ableiten. Beides baut auf Zentralatom und Ligand auf.
Oxidationsstufe des Zentralatoms
Die Oxidationsstufe des Zentralatoms ist eine formale Ladung. Man erhält sie aus einer Ladungsbilanz: Die Ladung der Koordinationseinheit in der eckigen Klammer ist die Summe aus der Oxidationsstufe des Metalls und den Ladungen aller Liganden. Wie man Oxidationszahlen grundsätzlich zuordnet, steht unter Oxidationszahl.
\[\text{OZ}(\text{M}) = z_{\text{K}} - \sum z_{\text{L}}\]
\(\text{OZ}(\text{M})\) ist die Oxidationsstufe des Zentralatoms, \(z_{\text{K}}\) die Ladung der Koordinationseinheit und \(\sum z_{\text{L}}\) die Summe aller Ligandenladungen.
Entscheidend ist, welche Liganden geladen sind. Neutrale Liganden tragen null bei: \(\ce{H2O}\), \(\ce{NH3}\), \(\ce{CO}\), \(\ce{N2}\), Triphenylphosphan \(\ce{PPh3}\) und Triphenylarsan \(\ce{AsPh3}\). Anionische Liganden bringen ihre Ladung mit, etwa \(\ce{Cl-}\), \(\ce{CN-}\), \(\ce{OH-}\) und das Azid-Ion \(\ce{N3-}\) mit je −1.
- Ladung der Klammer bestimmen: Bei Komplexsalzen folgt sie aus den Gegenionen. In \(\ce{Na3[Fe(CN)6]}\) liefern drei \(\ce{Na+}\) zusammen +3, die Klammer trägt also −3.
- Ligandenladungen summieren: Sechs \(\ce{CN-}\) ergeben −6.
- Differenz bilden: −3 − (−6) = +3. Eisen liegt als Fe(III) vor.
Dieselbe Bilanz funktioniert bei gemischten Liganden. Im Kation \(\ce{[Co(NH3)4Cl2]+}\) zählen die vier Ammin-Liganden null, die beiden Chlorido-Liganden zusammen −2. Cobalt muss also +III tragen, damit insgesamt +1 herauskommt.
Die Tabelle zeigt weitere Fälle nach demselben Muster.
| Formel | Ladung der Klammer | Summe Ligandenladungen | Oxidationsstufe |
|---|---|---|---|
| \(\ce{[NiCl4]^2-}\) | −2 | −4 | Ni(+II) |
| \(\ce{[Cr(H2O)6]Cl3}\) | +3 | 0 | Cr(+III) |
| \(\ce{Na[Au(CN)2]}\) | −1 | −2 | Au(+I) |
| \(\ce{[Ru(NH3)5(N3)]^2+}\) | +2 | −1 | Ru(+III) |
| \(\ce{[RuCl2(AsPh3)3]}\) | 0 | −2 | Ru(+II) |
Nullwertige Zentralatome
Sind alle Liganden neutral und ist auch der Komplex neutral, bleibt für das Metall nichts übrig. Deshalb hat Nickel in \(\ce{[Ni(CO)4]}\) die Oxidationsstufe 0, ebenso Palladium in \(\ce{[Pd(PPh3)4]}\). Solche Carbonyl- und Phosphankomplexe sind typische Beispiele für nullwertige Metalle.
Umgekehrt gilt: Trägt ein Komplex nur neutrale Liganden und ist trotzdem geladen, sitzt die gesamte Ladung formal am Metall. Im Distickstoffkomplex \(\ce{[Os(NH3)5(N2)]^2+}\) ist Osmium deshalb geladen und liegt als Os(+II) vor.
Benennungsregeln
Die Komplexnomenklatur legt fest, wie man aus einer Komplexformel einen eindeutigen Namen bildet. Sie folgt den IUPAC-Regeln für anorganische Verbindungen und unterscheidet sich deutlich von der organischen Nomenklatur.
Ein Ligandenpräfix ist der Name eines Liganden, der dem Namen des Zentralatoms vorangestellt wird, etwa ammin oder chlorido. Davor steht ein griechisches Zahlwort für die Anzahl dieses Liganden.
Die Regeln im Überblick
- Kation vor Anion: Bei Komplexsalzen nennt man zuerst das Kation, dann das Anion.
- Liganden vor Zentralatom: Im Namen der Koordinationseinheit stehen erst die Liganden, das Metall kommt zuletzt.
- Zahl vor Ligand: Die Anzahl gibt ein griechisches Zahlpräfix an: di, tri, tetra, penta, hexa. Bei Liganden mit eigenem Zahlwort im Namen nimmt man bis, tris, tetrakis, wie in Tetrakis(triphenylphosphan)palladium(0).
- Alphabetische Reihenfolge: Mehrere Ligandsorten ordnet man nach dem Anfangsbuchstaben des Ligandennamens. Die Zahlpräfixe zählen dabei nicht mit.
- Oxidationszahl: Sie folgt in römischen Ziffern und in Klammern direkt hinter dem Metallnamen, bei nullwertigen Metallen als (0).
Anionische Liganden enden auf -ido, neutrale behalten meist Sondernamen. Die wichtigsten zeigt die Tabelle.
| Ligand | Name im Komplex | Ladung |
|---|---|---|
| \(\ce{H2O}\) | aqua | 0 |
| \(\ce{NH3}\) | ammin | 0 |
| \(\ce{CO}\) | carbonyl | 0 |
| \(\ce{Cl-}\), \(\ce{Br-}\), \(\ce{I-}\) | chlorido, bromido, iodido | −1 |
| \(\ce{CN-}\) | cyanido | −1 |
| \(\ce{OH-}\) | hydroxido | −1 |
| \(\ce{N3-}\) | azido | −1 |
Wird im Examen gerne gefragt: Die Liganden stehen alphabetisch vor dem Zentralatom, und beim Sortieren zählt nur der Ligandenname, nicht das Zahlpräfix. Die Ligandenzahl ist immer ein griechisches Zahlwort, römische Ziffern gibt es nur für die Oxidationszahl des Metalls.
Vom Formelbild zum Namen
Am Salz \(\ce{[Co(NH3)4Cl2]Cl}\) lässt sich alles einmal durchspielen. Die Klammer ist das Kation, das äußere \(\ce{Cl-}\) das Anion. Ammin sortiert man vor chlorido, weil a vor c steht, obwohl di im Alphabet vor tetra käme. Cobalt hat, wie oben berechnet, die Oxidationsstufe +III. Der Name lautet Tetraammindichloridocobalt(III)-chlorid.
Neutrale Komplexe haben kein Gegenion. Sie heißen einfach nach Liganden und Metall, etwa \(\ce{[Ni(CO)4]}\) als Tetracarbonylnickel(0).
Kationische und anionische Komplexe
Ob die Koordinationseinheit positiv oder negativ geladen ist, bestimmt die Form des Metallnamens. Bei kationischen Komplexen bleibt der deutsche Elementname unverändert. Der Name des Gegenanions folgt mit Bindestrich. Diese Namen solltest du sicher bilden können, denn sie verbinden Oxidationsstufe, Ligandennamen und Reihenfolge in einem Schritt.
| Formel | Name |
|---|---|
| \(\ce{[Ag(NH3)2]Cl}\) | Diamminsilber(I)-chlorid |
| \(\ce{[Cr(NH3)6]Br2}\) | Hexaamminchrom(II)-bromid |
| \(\ce{[Cr(H2O)6]Cl3}\) | Hexaaquachrom(III)-chlorid |
| \(\ce{[Co(NH3)5Cl]Cl2}\) | Pentaamminchloridocobalt(III)-chlorid |
| \(\ce{[Cu(NH3)4]SO4}\) | Tetraamminkupfer(II)-sulfat |
Im Cobaltsalz zeigt sich die alphabetische Regel noch einmal: ammin steht vor chlorido. Die Oxidationsstufe +III ergibt sich, weil zwei äußere Chlorid-Ionen die Klammer auf +2 festlegen und der Chlorido-Ligand −1 beiträgt. Für das Kupfersalz ist auch die verkürzte Schreibweise Tetramminkupfer(II)-sulfat verbreitet.
Anionische Komplexe und die Endung -at
Ist die Koordinationseinheit ein Anion, erhält der Metallname die Endung -at. Bei einigen Metallen leitet man ihn vom lateinischen Namen ab: Eisen wird zu Ferrat, Kupfer zu Cuprat, Silber zu Argentat, Gold zu Aurat. Bei anderen hängt man -at an den gewohnten Stamm, etwa Nickelat, Platinat oder Mercurat. Das Kation steht wie immer vorne und wird ohne Bindestrich angeschlossen.
| Formel | Name |
|---|---|
| \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) | Kaliumhexacyanidoferrat(II) |
| \(\ce{[Fe(CN)6]^3-}\) | Hexacyanidoferrat(III) |
| \(\ce{K[Sb(OH)6]}\) | Kaliumhexahydroxidoantimonat(V) |
| \(\ce{[NH4]2[PtCl6]}\) | Ammoniumhexachloridoplatinat(IV) |
| \(\ce{K4[Ni(CN)4]}\) | Kaliumtetracyanidonickelat(0) |
Das letzte Beispiel prüft die Ladungsbilanz: Vier \(\ce{K+}\) machen die Klammer −4, vier Cyanido-Liganden liefern genau −4. Nickel ist also nullwertig.
Falsche Namen erkennen
Oft muss man ältere oder fehlerhafte Namen als solche erkennen. „Nickel(II)tetracyanat“ für einen Tetracyanidonickel-Komplex verstößt gleich mehrfach gegen die Regeln. Das Metall steht dort vorn statt hinter den Liganden, und die Endung -at gehört an das Metall. Richtig heißt \(\ce{K2[Ni(CN)4]}\) Kaliumtetracyanidonickelat(II).
Cyanat bezeichnet das Ion \(\ce{OCN-}\) und ist damit ein anderer Stoff. Der Ligand \(\ce{CN-}\) heißt im Komplexnamen cyanido.
Ähnlich bei \(\ce{[HgI4]^2-}\): „Quattromercuro(II)jodat“ nutzt ein italienisches Zahlwort und stellt das Metall vor den Liganden. Der IUPAC-Name lautet Tetraiodidomercurat(II).
Quiz
Aussage 1
\(\ce{[Co(NH3)5Cl]Cl2}\) heißt Pentaamminchloridocobalt(III)-chlorid.
Ammin steht alphabetisch vor chlorido, die Klammer trägt +2 und der Chlorido-Ligand −1, also Co(III).
Aussage 2
Die römische Ziffer in einem Komplexnamen gibt die Anzahl der Liganden an.
Römische Ziffern bezeichnen die Oxidationszahl des Zentralatoms. Die Ligandenzahl steht als griechisches Zahlpräfix vor dem Liganden.
Aussage 3
In \(\ce{Na3[Fe(CN)6]}\) liegt Eisen in der Oxidationsstufe +II vor.
Die Klammer trägt −3, sechs Cyanido-Liganden liefern −6. Eisen hat also +III.
Aussage 4
In \(\ce{[RuCl2(AsPh3)3]}\) hat Ruthenium die Oxidationsstufe +II.
Der Komplex ist neutral, die Arsan-Liganden zählen null und zwei Chlorido-Liganden −2. Ruthenium muss daher +II tragen.
Aussage 5
In \(\ce{[Pd(PPh3)4]}\) hat Palladium die Oxidationsstufe 0.
Triphenylphosphan ist neutral und der Komplex ungeladen, daher bleibt für Palladium die Oxidationsstufe 0.
Aussage 6
Beim alphabetischen Ordnen der Liganden zählt das Zahlpräfix mit, deshalb steht dichlorido vor tetraammin.
Zahlpräfixe bleiben beim Sortieren unberücksichtigt. Ammin steht vor chlorido, also Tetraammindichlorido…
Aussage 7
\(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) heißt nach IUPAC Kaliumhexacyanidoeisen(II).
Die Koordinationseinheit ist ein Anion, daher erhält das Metall die Endung -at mit lateinischem Stamm: Kaliumhexacyanidoferrat(II).
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