Präparative Anorganische Chemie - Cheatsheet

Verwendung von Liganden zur Bildung stabiler Übergangsmetallkomplexe

Definition:

Liganden binden an Übergangsmetallzentren, um stabile Komplexe zu bilden.

Details:

• Ligandentypen: neutral, anionisch, kationisch
• Koordinationszahl: Anzahl der Liganden, die an Metall binden
• Stabilisierung: elektronische und sterische Effekte
• Ligandfeldtheorie: Erklärung der Stabilität und Farbe von Komplexen
• Beispiele: EDTA, Ammoniak, Cyanid
• Komplexbildungsreaktion: \[M^{n+} + L \rightarrow [ML]^{n+}\]

Röntgenkristallographie zur Strukturaufklärung anorganischer Verbindungen

Definition:

Analyse der Kristallstruktur anorganischer Verbindungen durch Beugung von Röntgenstrahlen an den Atomen im Kristallgitter.

Details:

• Röntgenstrahlen erzeugen und auf Kristall probe richten
• Beugungsmuster auf einem Detektor aufzeichnen
• Beugungsdaten aus Beugungsmuster analysieren
• Fourier-Transformation zur Berechnung der Elektronendichteverteilung verwenden
• Atompositionen und Bindungslängen aus Elektronendichteverteilung bestimmen
• Strukturmodell verfeinern bis Übereinstimmung zwischen berechneten und gemessenen Daten erreicht ist
• Anwendung auf Molekülgeometrie, Bindungslängen, Bindungswinkel

Mechanismen der Katalyse mit Übergangsmetallen

Definition:

Mechanismen, wie Übergangsmetalle als Katalysatoren chemische Reaktionen beschleunigen. Beruht auf der Fähigkeit von Übergangsmetallen, Elektronen zu spenden oder aufzunehmen und leicht zwischen verschiedenen Oxidationsstufen zu wechseln.

Details:

• Homogene Katalyse: Katalysator und Reaktanten in derselben Phase
• Heterogene Katalyse: Katalysator und Reaktanten in verschiedenen Phasen
• Oxidations- und Reduktionszyklen sind zentral
• Beispiel: Hydroformylierung (Katalysatoren: Rh/Co-Komplexe)
• Mechanismen der Bindungsaktivierung: Oxidative Addition, Insertion, Reduktive Eliminierung
• Komplexbildung: Übergangsmetallzentren können koordinative Bindungen zu Liganden eingehen
• Wichtige Prozesse: Ligandenaustausch, Elektronenübertragung
• Hammond-Postulat: Übergangszustand ähnelt energetisch benachbartem Zustand (Edukt oder Produkt)
• Bedeutung der Liganden: Stabilität, Reaktivität und Selektivität des Katalysators

Synthese und Isolierung von Übergangsmetallkomplexen

Definition:

Synthese und Isolierung von Übergangsmetallkomplexen: wesentlicher Prozess der Präparativen Anorganischen Chemie, umfasst Bildung und Reinigung koordinierter Verbindungen mit Übergangsmetallen.

Details:

• Key Methods: Ligandenaustausch, Solvothermale Synthese, Redoxreaktionen
• Komplexbildung: \[M + nL \rightarrow [ML_n]^+\]
• Reinigung: Kristallisation, Chromatographie
• Spektroskopische Analyse: NMR, IR, UV-Vis
• Häufige Liganden: \(NH_3\), CO, PR_3
• Sicherheitsaspekte beachten: Toxizität, Luftempfindlichkeit

NMR-Spektroskopie zur Analyse von Bindungsverhältnissen

Definition:

Verwendung von NMR-Spektroskopie zur Bestimmung der molekularen Struktur und Bindungsumgebung in anorganischen Verbindungen.

Details:

• Grundprinzip: Wechselwirkung zwischen Kernspin und externem Magnetfeld.
• Wichtige Kerne: \textsuperscript{1}H, \textsuperscript{13}C, \textsuperscript{15}N, \textsuperscript{31}P
• Verschiebung (\textit{Chemical Shift}): gibt Auskunft über die elektronische Umgebung.
• Kopplungskonstanten: Information über benachbarte Kerne.
• Multinukleare NMR zur Untersuchung von Metallkomplexen.
• Temperaturabhängige NMR für dynamische Systeme.

Präzise Messung und Handhabung von Reagenzien im Labor

Definition:

Wichtige Techniken für genaue Ergebnisse und sichere Handhabung von Chemikalien im Labor.

Details:

• Verwendung von analytischen Waagen für präzise Massenbestimmungen.
• Exakte Volumenmessungen mit Vollpipetten und Messkolben.
• Dosierung von Flüssigkeiten mit Büretten und Pipettoren.
• Handhabung von Chemikalien unter Schutzmaßnahmen (Handschuhe, Schutzbrille, Abzug).
• Vermeidung von Kontamination durch saubere Arbeitsmethoden und -geräte.
• Dokumentation aller Messungen und Methoden für Reproduzierbarkeit.

Elektronenstruktur und Ligandenfeldtheorie in der Anorganischen Chemie

Definition:

Kurzbeschreibung der Elektronenstruktur und Ligandenfeldtheorie in anorganischen Komplexen; relevant für d-Block Elemente

Details:

• Elektronenstruktur beschreibt Verteilung der Elektronen in Atom- oder Molekülorbitalen
• Ligandenfeldtheorie analysiert Aufspaltung der d-Orbitale in Übergangsmetallen durch Ligandenfeld
• Aufspaltung in \Delta_{oct} und \Delta_{tet} für oktaedrische und tetraedrische Komplexe
• Hoch- und niederspin-Konfigurationen in Abhängigkeit von Liganden
• Formeln:
  • Oktaedrische Aufspaltung: \[ \Delta_{oct} = 10Dq \]
  • Tetraedrische Aufspaltung: \[ \Delta_{tet} = \frac{4}{9} \Delta_{oct} \]

Thermodynamik und Stabilität von anorganischen Verbindungen

Definition:

Thermodynamik untersucht Energieumwandlungen; Stabilität bestimmt durch Gibbs-Energie (Freie Enthalpie).

Details:

• Gibbs-Energie: \( \Delta G = \Delta H - T \Delta S \)
• \( \Delta G < 0 \): Reaktion spontan
• Enthalpie \( \Delta H \): Wärmeinhalt, endotherm/exotherm
• Entropie \( \Delta S \): Maß für Unordnung
• Stabilität anorganischer Verbindungen abh. von Bindungsstärke, Gitterenergie.
• Le Chatelier's Prinzip: Veränderung von Druck, Temperatur oder Konzentration beeinflusst Gleichgewicht.
• Born-Haber-Kreisprozess für Ionenbindung
• pH-Wert, Redoxpotenzial beeinflussen Stabilität
• Aktivitätskoeffizient: Korrektur für nicht-ideales Verhalten