正四面体场:
dz2
2 r 2
dx2-y2
dxz, dyz, dxy
r 2 斥力大
在四面体场中,中心离子的dz2和dx2-y2 轨道伸展分别指向立方体的面心,dxy、dyz、 dxz轨道指向
立方体4个平行棱边的中点 。后者 与配体更加接近,受到的排斥力更大,其轨道 能量升高;前者距配体较远,受到的排斥力较 小,使能量降低 。
五个d轨道的能级分裂次序正好与八面体相 反,dxy、dyz、dxz轨道能量较dz2和dx2-y2 轨 道能量为高,前者用符号t2表示,后者用e表
示 。
斥力小
t2 Es E Td场
2
由于在四面体场中,这两组轨道都在一定程度 下避开了配体,没有像八面体中d轨道与配体迎 头相撞的情况,可以预料分裂能△t小于△o,计 算表明;
△t=(4/9)△o
在球型场中 在四面体场中
3 Square Planar 平面正方形
平面正方形场中的d轨道:
z
z
同样, 根据重 守恒原理,可以 求出t2及e轨 道的相对能量: E(t2)=1.78Dq E(e)=-2.67Dq
d轨道在四面体场中的能级分裂
y
x
dx2-y2
z
y
dz2
z
x
y
x
dxy
y
x
dyz(dxz)
设四个配体只在x、y平面上沿±x和±y 轴方 向趋近于中心原子, 因dx2-y2轨道的极大值正好处 于与配体迎头相撞的位置, 受排斥作用最强,
能级 升高最多 。其次是在xy平面上的dxy轨道 。而dz2 仅轨道的环形部分在xy平面上, 受配体排斥作用 稍小, 能量稍低,
简并的dxz、dyz的极大值与xy平 面成45°角, 受配体排斥作用最弱, 能量最低 。总之, 5条d轨道在Sq场中分裂为四组, 由高到
低的顺序是: ①dx2-y2, ②dxy, ③dz2, ④dxz和dyz
平面正方形场: dx2-y2 dxy
dz2 x y dxz, dyz D4h场 x y
不同晶体场中?的相对大小示意图
E = 12.28 Dq
d
x ? y2
2
2-2 晶体场分裂能和光谱化学序列
分裂能: 中心离子的d轨道的简并能级因 配位场的影响而分裂成的最高能量d轨道与最 低能量d轨道之间的能量差 。分裂能的大小与配合物的几何构型密切
相关, 分裂能值的大小还与一系列其它因素有 关 。①金属离子的电荷和电子构型 ②金属离子d轨道的主量子数 ③配体的本性.
E = 1.78 Dq d? E = 0 Dq
d? E = 6 Dq E = 2.28 Dq ? = 10 Dq E = -4 Dq d? E = -4..28 Dq
d
z
2
能 量
? = 4.45 Dq d? E = -2.67 Dq
d xy
?s = 17.42Dq
四面体场
八面体场
E = -5.14 Dq
d xz d yz
正方形场
3
表 1 某些正八面体配合物的Δ值(×100cm-1)
nd
n
ndn 3d5
Mn+ Mn2+ Fe3+ Fe2+ Co3+ Rh3+ Ir3+ Pt4+ Co2+ Ni2+ Cu2+
Br-
Cl-
OX2-
H2O 78 137 104
NH3
CN350 330
en 91
Edta468 97
Mn+ Ti2+ V3+ V2+ Cr3+ Mo2+ Cr2+ Mn3+
配 体 BrClOX2203 110 136 192 201 165 174 H2O 203 177 126 174 240 139 210
216 263 219 184 220 NH3 CNen Edta4-
3d1 3d2 3d3 4d4 3d4
3d6 4d6 5d6 3d7 3d8 3d9
108 189 231 240 70 203 249 290 263
186 270
230 339
340 455
233 344 412
204
93 73 85 126
101 108 151
110 116 164
102 101 136
1 金属离子的电荷和电子构型
同一过渡系列的金属离子价态相同,则与同 一配体生成的配合物的Δ值在较窄的范围内变化 。例如第一过渡系二价离子的六水合物[M(H2O)6]2+
的Δ值大约在8000?14000cm-1之间,其中d5构型的 Δ值最低 。当金属离子的正电荷增大时,与同一配体生
成的配合物的Δ值增大 。例如第一过渡系的三价 离子的Δ值一般比二价离子大40?60% 。金属离子 的电荷增大与配体作用增强,分裂能增大 。
2 金属离子的主量子数
在同一副族不同过渡系列金属的对应配合物 中,Δ值随着d轨道主量子数的增大而增加 。第四周期过渡元素3dn到第五周期过渡元素
Δ约增加40~50%,由第五周期过渡元素 4dn到第六周期5dn,Δ约增加20~25% 。这是因 为随主量子数的增加,d轨道在空间伸展的范围
增大,受配体的作用更强烈 。4dn,
3 配体的性质
将一些常见配体按光谱实验测得的分裂能从 小到大次序排列起来,就得到光谱化学序列 。
I-?Br-?Cl-?SCN-?F-~(NH2)2CO~OH-~ONO?HCOO-?C2O42-?H2O?CH2(COO)22-?
NCS?NH2CH2COO-?EDTA?py~NH3? NH2C2H4NH2~(NH2CH2CH2)2N-?SO32-?dipy ?phen
?NO2-?H-?CH3-?CN-?CO 以配位原子分类: I ? Br ? Cl ? S ? F ? O ? N 离子半径(pm) 216
195 181 184 136 132 170
光谱化学序列代表了配位场的强度顺序 。由此 顺序可见, 对同一金属离子, 造成△值最大的是CN离子, 最小的是I-离子, 通常把CN-、NO2-等离子称作 强场配位体,I-、Br-、F-离子称为弱场配位体 。须指出的是,
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