晶体场理论
研究过渡族元素(络合物)化学键的理论
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,着重研究配位体中心离子的d轨道和f轨道的影响。
释义
crystal field theory简称CFT理论。化学键理论之一。
主要内容:
(1)把配位键设想为完全带正电荷阳离子配体(视为点电荷偶极子)之间的静电引力
(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。
理论要点
·过渡金属的离子处于周围阴离子偶极分子的晶体场中,前者称为中心离子,后者称为配位体。中心离子与配位体之间的作用力是单纯的静电引力,把配位质点当作点电荷来处理 ,不考虑配位体的轨道电子对中心离子的作用。
晶体场理论只能适用于离子晶体矿物,如硅酸盐、氧化物等。
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)。
总之,就是:
1、中心离子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。
2、中心原子的5 个能量相同的d 轨道在周围配体所形成的负电场的作用下,能级发生分裂。有些d 轨道能量升高,有些d轨道能量则降低。
3、由于d 轨道能级的分聚,中心原子d 轨道上的电子将重新排布,优先占据能量较低的轨道,使系统的总能量有所降低,配合物更稳定。
研究内容
1、八面体场中d轨道能级分裂
2、四面体场中d轨道能级分裂
3、正方形场中d轨道能级分裂
4、晶体场稳定化能(CFSE)
5、姜—泰勒效应对八面体场的影响
分裂能
概念
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(∆)。
影响分裂能大小因素
晶体场稳定能和八面体择位能
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。
过渡金属离子在四面体配位中所得到的总稳定能,称四面体晶体场稳定能。
理论的应用
1、配合物的磁性
(1)当电子对称能p>∆,高自旋,所有F-的配合物p>∆,高自旋。
(2)当p<∆,低自旋,CN-配合物p<∆,低自旋。
(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
2、解释配离子的空间构型:用CFSE判断。
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中心离子的配合能力时不理想,此时应用配位场理论
参考资料
最新修订时间:2024-06-17 13:46
目录
概述
释义
参考资料