晶体场理论是研究过渡族元素(络合物)化学键的理论。它在静电理论的基础上,结合
量子力学和群论(研究物质对称的理论)的一些观点,来解释过渡族元素和
镧系元素的物理和化学性质,着重研究
配位体对
中心离子的d轨道和f轨道的影响。
crystal field theory简称CFT理论。
化学键理论之一。
(2)配体产生的
静电场使金属原来五个
简并的d轨道分裂成两组或两组以上
能级不同的轨道,有的比晶体场中d轨道的平均能量降低了,有的升高了。分裂的情况主要决定于
中心原子(或离子)和配体的本质以及配体的
空间分布。
(3)d电子在分裂的d轨道上重新排布,此时
配位化合物体系总能量降低(这个总能量的降低值称为
晶体场稳定化能(CFSE))。晶体场理论能较好地说明配位化合物中心原子(或离子)上的未成对电子数,并由此进一步说明配位化合物的光谱、磁性、颜色和稳定性等。
在负电荷的晶体场中,过渡金属中心阳离子d轨道的
能级发生变化。这种变化取决于晶体场的强度(周围配位体的类型)和电场的
配位性(配位体的
对称性)。
1、
中心离子与
配体之间看作纯粹的
静电作用。中心原子是带正电的点电荷,配体(或配位原子)是带负电的点电荷。它们之间的作用犹如离子晶体中正、负离子之间的离子键,是纯粹的静电吸引和排斥,并不形成共价键。
分裂后最高能量d轨道的能量与最低能量d轨道能量之差叫做d轨道
分裂能(∆)。
在
配体场作用下,d轨道发生分裂,d电子在分裂后d轨道总能量,叫做
晶体场稳定能。
过渡族金属离子在
八面体配位中所得到的总稳定能,称八面体晶体场稳定能。镉离子、镍离子、钴离子等离子将强烈选择八面体配位位置。
(3)
正四面体配合物一般是高自旋∆
(4)对于d1、d2、d3、d8、d9、d10金属离子配合物不论弱场强场,只有1种排布,无高低自旋。只有d4~d7才分高低自旋。
(5)如配合物里单
电子数为零,为
反磁性,如存在单电子则为
顺磁性。
3、解释
配合物可见光谱(颜色):d-d
跃迁。例如解释二价水合锰离子颜色很淡,是因为五个电子分占五个d轨道,如
可见光激发
电子跃迁需克服
电子成对能,所需能量高。所以二价锰离子为浅粉红色。
4、配离子的稳定性:
用CFSE,其值越大,配合物越稳定。
5、晶体场理论在解释
配体对
中心离子的配合能力时不理想,此时应用
配位场理论。