Die Komplexchemie (Koordinationschemie) ist der Bereich der anorganischen Chemie, der sich mit chemischen Komplexverbindungen befasst.
Komplexverbindungen bestehen aus einem metallischen Zentralatom bzw. Zentralion, das von Liganden umgeben ist. Beispielsweise färbt sich wasserfreies, weißes Kupfersulfat bei Zugabe von Wasser hellblau. Es entsteht ein Aqua-Komplex des Kupfers, bei dem vier Wassermoleküle als Liganden des Zentralions auftreten:
Cu2+SO42- + 4 H2O => Cu(H2O)42+ SO42-
Die Koordinationszahl gibt an, mit wie vielen sog. einzähnigen Liganden ein Zentralatom sich umgibt. Bevorzugt werden die Koordinationszahlen 4 (die Liganden ergeben einen Tetraeder) und 6 (die Liganden ergeben einen Oktaeder).
Die Zentralatome sind häufig Kationen, sie können aber auch neutral oder Anionen sein.
Die Liganden können anorganischer oder organischer Natur sein:
- anorganische Liganden:
- organische Liganden:
Eine besondere Rolle spielen Chelatliganden, das sind Liganden, die gleichzeitig mehrere Koordinationsstellen ausbilden. Die entstehenden Komplexe heißen Chelatkomplexe. Nach der Anzahl der Koordinationsstellen spricht man von zweizähnigen (2 Koordinationsstellen), vierzähnigen (4 Koordinationsstellen) usw. Liganden.
- zweizähnige Liganden: z.B. Ethylendiamin, H2N-CH2-CH2-NH2;
- sechszähnige Liganden: z.B. EDTA: Ethylen-diamin-tetraacetat, (-OOC-H2C-)2 N-CH2-CH2-N(-CH2-COO-)2
EDTA kann zur Enthärtung von Wasser eingesetzt werden, da es mit Calcium zu leicht löslichen Chelatkomplexen reagiert.
Viele Komplexverbindungen sind farbig und können daher als Farbstoffe eingesetzt werden. Häufig sind Komplexverbindungen aus entsprechenden Salzen eines Zentralions zugänglich.
Auch in der Biologie gibt es Komplexe, beispielsweise Hämoglobin oder Chlorophyll (jeweils Chelatkomplexe). Einige Enzyme haben komplexartigen Charakter.
Die Bindung zwischen Zentralatom und Liganden kann durch unterschiedliche Modelle mehr oder weniger umfassend erklärt werden
- elektrostatische Anziehung (siehe Ionenbindung)
- Säure-Basen-Theorie nach Lewis: Kationen als Zentralion wirken als Lewis-Säure, anionische Liganden als Lewis-Base.
- Ligandenfeldtheorie: Übergangsmetalle weisen d-Zustände in der Elektronenhülle auf. Diese können mit den Liganden unterschiedliche Wechselwirkungen bzw. Bindungen eingehen.
