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Aufgabe:

Zusammenhang: Aquokomplexe, ihre Löslichkeit in Säure und Base, ihre Bildung von Metallhydroxiden und Hydrate


Problem/Ansatz:

ich versuche zwischen oben genannten Begriffen einen Zusammenhang zu finden. Also soweit ich weiß sind Aquokomplexe Metallkomplexe mit Wasser als Liganden. Wie ich weiter verstanden habe, lassen die sich in Säure lösen und bilden dann ein Metallhydroxid. Ab einer bestimmten Anzahl von abgegebenen Protonen, gibt das Metallhydroxid keine weiteren ab und flockt als Niederschlag aus. Fügt man Base hinzu wird der Vorgang rückgängig gemacht (Protonen hinzugefügt) und es löst sich wieder (richtig??). Woran erkenne ich diese Eigenschaften, dass ein Komplex in Säure/ Base löslich ist und woher sehe ich, dass es als Niederschlag vorliegt?

Hydrate scheinen eher nicht direkt zu obigem Thema Komplexe zu gehören. So wie ich es verstanden habe, lagern sich Wassermoleküle als "Kristallwasser" in Festkörpern ein. Was gilt hier für die Löslichkeit in Säure/ Base und den Ausfall?

Ich hab leider Probleme, zu erkennen welche Stoffe (oder genauer gesagt ob Aquokomplexe und Hydrate) sich in Säure und Base lösen und wann sie als Niederschlag, also Festkörper vorliegen müssen.

Über eine inhaltliche Ausführung dazu würde ich mich sehr freuen!

Lieben Dank im Voraus!

von

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Hi, hier chemweazle,

Zusammenhang: Aquokomplexe, ihre Löslichkeit in Säure und Base, ihre Bildung von Metallhydroxiden und Hydrate

a).Ich versuche zwischen oben genannten Begriffen einen Zusammenhang zu finden. Also soweit ich weiß sind Aquokomplexe Metallkomplexe mit Wasser als Liganden.
b).Wie ich weiter verstanden habe, lassen die sich in Säure lösen und bilden dann( mit Basen) ein Metallhydroxide.

Sie lassen  sich in Säuren lösen, es sei denn, sie bilden in konzentrierten Säuren mit den Anionen, den konjugierten Basen, der Säuren durch Ligandenaustausch (Ligandensubstitution) Aniono-Komplexe, die in Lösung bleiben.

Beim Lösen in wässrigen, verd. Säuren

[M(H2O)6](2+)(s) → [M(H2O)6](2+)(aq)

Beim Lösen in wässrigen, konz. Säuren unter Ligandensubstitution


2 Ausnamen, Beispiele: Fe(III) und Co(II)


Bildung von Chlorokomplexen beim Lösen von Hexa-Aqua-Cobalt(II)chlorid(rosa Kristalle) und Hexa-Aqua-Eisen(III)chlorid(braune Kristalle) in konz. Salzsäure
[Co(H2O)6]Cl2(s)(rosa Kristalle) + 2 HCl(aq)(konz.)2 H(+)(aq) + [Co(Cl)4](2-)(aq)(blaue Farbe) + 6 H2O

[Fe(H2O)6]Cl3(s)(braune Kristalle) + HCl(aq)(konz.) ⇌ H(+)(aq) + [Fe(Cl)4](-)(aq)(grüne Lösung) + 6 H2O

Die grün-bräunliche Färbung der technischen konz. Salzsäure stammt von der gelösten Tetrachloro-Eisen(III)-Säure H[FeCl4]

Mit Basen, wie Ammoniak, Aminen, OH(-) werden die Aqua-Liganden(H2O-Liganden deprotoniert und es bilden sich Hydroxo-Komplexe und Hydroxide, die als Niederschlag ausfallen.

Zu
c). Ab einer bestimmten Anzahl von abgegebenen Protonen, gibt das Metallhydroxid keine weiteren ab und flockt als Niederschlag aus.
Genau, richtig

Man betrachtet die Aqua-Komplexe als mehrwertige, mehrbasige, schwache bis mittelstarke Säuren, die Protonen von den Wasserliganden abspalten.

z.B.: Die Deprotonierungsgleichgewichte eines Hexa-Aqua-Komplexes

[Mg(H2O)6](2+) ⇌ H(+) + [Mg(H2O)5(OH)](+)

[Mg(H2O)5(OH)](+) ⇌ H(+) + Mg(OH)2(s)

________________________________________________________________________________________________

Summengleichung

[Mg(H2O)6](2+)2 H(+) + Mg(OH)2(s)

Durch Entfernung der H(+)-Ionen aus den Gleichgewicht mittels Basen, z.B.: Hydroxid oder Ammoniak, wird die Lage des Gleichgewichtes in Richtung Hydroxid-Niederschlag nach rechts verschoben.

Mit anderen Worten das Fällungsgleichgewicht oder das Hydroxid-Fällungs-Gleichgewicht wird durch Basenzugabe nach rechts verschoben.
Beim Ansäuern wird das Gleichgewicht wieder nach links in Richtung Hexa-Aqua-Komplex verschoben.

Beispiel mit Hydroxidzugabe

[Mg(H2O)6](2+) + 2 OH(-) → Mg(OH)2(s) ↓ + 6 H2O

[Mg(H2O)6](2+) + OH(-) → [Mg(H2O)5(OH)](+)(noch in Lösung) + H2O

[Mg(H2O)5(OH)](+)(noch in Lösung) + OH(-) → + Mg(OH)2(s) ↓ + 5 H2O

Acidität der Aqua-Komplexe
Zum Beispiel besitzen die Hexa-Aqua-Eissen(III)-Ionen eine Acidität einer mittelstarken Säure pKs1 = 2,2 , wie Phosphorsäure. Das Hexa-Aqua-Aluminiumion ist in der Erstdissoziation schwach wie eine Fruchtsäure,z.B. Essigsäure, pKs1 = 4,9.

Versucht man wasserfreie Eisen(III)-Salze, z.B. FeCl3 oder Fe2(SO4)3, in Wasser zu lösen, so gehen sie zwar in Lösung, jedoch fällt nach kurzer Zeit, in wenigen Sekunden, ein Hydroxid-Niederschlag aus, der durch Säurezugabe in Lösung geht.

FeCl3(wasserfrei) + H2O ⇌ [Fe(H2O)6](3+)

[Fe(H2O)6](3+)3 H(+) + Fe(OH)3(s)

Beim Ansäuern wird das Gleichgewicht wieder nach links in Richtung Hexa-Aqua-Komplex verschoben.

Mit Ammoniak als Base

Durch Ammoniak als Base läßt sich auch das Fällungs-Gleichgewicht nach rechts in Richtung Hydroxid-Niederschlag verschieben.
Manche Kationen bilden aber auch mit Ammoniak Ammin-Komplexe.

Beispiele mit Kupfer(II) und Nickel(II)
Gibt man zur schön hellblauen wässrigen Lösung von Hexa-Aqua-Kupfer(II)-Ionen etwas wässrige Ammoniak-Lösung hinzu, so fällt ein blaß-hellblauer Niederschlag von Kupfer(II)-Hydroxid aus.
Bei weiterer Ammoniakzugabe löst sich dieser hellblaue Niederschlag unter Bildung einer tiefblauen Lösung von Tetra-Amminkupfer(II)-Komplex, genauer trans-Di-Aqua-Tetra- Ammin-Kupfer(II) wieder auf.

[Cu(H2O)6](2+) + 2 NH3(aq) ⇌ Cu(OH)2(s) ↓(hellblauer Niederschlag) + 2 NH4(+)(aq) + 4 H2O

Cu(OH)2(s) + 4 NH3(aq) + 2 (H2O ⇌ trans-[Cu(H2O)2(NH3)4](2+)(tiefblau) + 2 OH(-)

Gibt man zur schön grünen, wässrigen Lösung von Hexa-Aqua-Nickel(II)-Ionen etwas wässrige Ammoniak-Lösung hinzu, so fällt ein grüner Niederschlag von Nickel(II)-Hydroxid aus.
Bei weiterer Ammoniakzugabe löst sich dieser grüne Niederschlag unter Bildung einer tiefblauen Lösung von Hexa-Ammin-Nickel(II)-Komplex wieder auf.

[Ni(H2O)6](2+) + 2 NH3(aq) ⇌ Ni(OH)2(s) ↓(grüner Niederschlag) + 2 NH4(+)(aq) + 4 H2O

Ni(OH)2(s) + 6 NH3(aq) ⇌ [Ni(NH3)6](2+)(tiefblau) + 2 OH(-)

______________________________________________________________________________________________________________________

Löslichkeiten der Hydroxide
__________________________________________________________________________________________________

Zu
Fügt man Base(bzw. Säure) hinzu wird der Vorgang rückgängig gemacht (Protonen hinzugefügt) und es löst sich wieder (richtig??).

Hydroxide lösen sich bei Säurezugabe wieder unter Aqua-Komplexbildung bei dieser Säure-Base-Reaktion auf.

M(OH)n + n H3O(+) ⇌ [M(H2O)2 n](n+)

Die Amphoteren Hydroxide lösen sich ebenfalls bei Säurezugabe unter Aqua-Komplexbildug auf, sie gehen aber auch bei weiterer Hydroxid-ionen-Zugabe unter Bildung von Hydroxo-Komplexen in Lösung.

Amphotere Hydroxide:

Be(OH)2, Zn(OH)2, Pb(OH)2, Hydroxide der Elemente der 3. Hauptgruppe: Al(OH)3, Ga(OH)3, In(OH)3

Pb(OH)2 + 2 HNO3 → Pb(NO3)2(aq) + 2 H2O

Pb(OH)2 + 2 OH(-) → [Pb(OH)3](-)(Plumbit)

Be(OH)2 + 2 HNO3 → Be(NO3)2(aq) + 2 H2O

Be(OH)2 + 2 OH(-) → [Be(OH)4](2-)(aq)

Für M: Al, Ga und In

M(OH)3 + 3 HCl(aq) → MCl3(aq) + 3 H2O

Tetrahydroxokomplexe des Al, Ga und In

M(OH)3 + OH(-) → [M(OH)4](2-)(aq)

Zu

d). Woran erkenne ich diese Eigenschaften, dass ein Komplex in Säure/ Base löslich ist und woher sehe ich, dass es als Niederschlag vorliegt?

An der Formel eines Hydroxides erkennt man auch, daß es keine Ladung trägt. Das ist ein wichtiges Indiz.
Ebenso ist die Anzahl der OH-Gruppen gleich der Ladung des Zentralions.

Beispiele:

Al(OH)3(s)↓ (Niederschlag) versus [Al(OH)4](-) (Gelöster Hydroxokomplex) oder [Al(H2O)4(OH)](+) (Gelöster Aqua-Hydroxokomplex

Fe(OH)2(s)↓ (Niederschlag) versus [Fe(OH)](+) (Gelöster Hydroxokomplex)


Zu
Hydrate scheinen eher nicht direkt zu obigem Thema Komplexe zu gehören. So wie ich es verstanden habe, lagern sich Wassermoleküle als "Kristallwasser" in Festkörpern ein. Was gilt hier für die Löslichkeit in Säure/ Base und den Ausfall?

Es gibt beide Extreme. Einmal gibt es Kristalle in denen Aqua-Komplex-Kationen Bestandteil des Kationen-Teilgitters sind.

Das Gegenbeispiel mit den Wassermolekülen als eigenstädiger Gitterbaustein wäre das Bariumchlorid-Dihydrat

(BaCl2 * 2 H2O).

Kristalle mit Hexa-Aqua-Komplex-Kationen sind die Vitriole und die Alaune.

Vitriole: M(II)SO4 * 7 H2O

Vitriole bestehen aus den Hexa-Aqua-Kationen, [M(II)(H2O)6](2+) und Sulfationen, an denen ein Wassermolekül über Wasserstoffbrücken gebunden ist.

M(II): Mg(Bittersalz), Ti(II)(violett), V(violett), Mn(rosa), Fe(grün-blau, türkis), Co(rot), Ni(grün), Zn(farblos)

[M(II)(H2O)6](2+) * SO4(2-) * H2O

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