1937年Jahn和Teller提出: d电子云分布不对称的非线性分子中,如果体系 的基态有几个简并状态,体系不可能在轨道简并状态
下保持稳定,则分子的几何构型必然发生某种畸变以 降低简并度而稳定于其中某一种状态 。简言之,由于中心离子d 电子的不对称分布所引起的配位多面
体结构的变异现象 。以d9, Cu2+的配合物为例, 当该离子的配合物是正 八面体构型时, d轨道就要分裂成t2g和eg二组轨道,
设其基态的电子构型为t2g6eg3, 那么三个eg电子就 有两种排列方式: (1) t2g6(dz2)1(dx2-y2)2, 由于dz2轨道上
缺少一个电子, 在z轴上d电子对配体 的排斥作用较小,则z轴方向上两个 配体可更靠近中心离子,而xy轴上4 个配体则较远离中心离子,成为压扁
的八面体 。
6
一个中心金属离子,如果其简并轨道为不对称 (2)t2g6(dz2)2(dx2-y2)1, 由于dx2-y2轨
道上电子比dz2轨道上的电子少一个, 则在在xy轴上d电子对配体的排斥作 用较小,则xy轴方向上四个配体可 更靠近中心离子,而z轴上2个配体
则较远离中心离子,成为拉长的八 面体 。
无论采用哪一种几何畸变, 都会引起能级的进一步分 裂, 消除简并, 其中一个能级降低, 从而获得额外的稳定 化能 。需要注意的:
是姜-泰勒效应并不能预测变形的方向,只能预测存在一个不稳定的构型 .
排布则易发生畸变,若为对称排布则不易畸变 。因而,对于Oh场,t2g1、 t2g2、 t2g4eg0、 t2g3eg1、 t2g5eg0
、t2g4eg2 、t2g6eg1 、t2g5eg2 、 t2g6eg3; 对于Td场,e1 、e2 t21 、 e2 t22 、e3 t20
、e4 t21 、 e4 t22、 e3 t23 、e4 t24 、e4 t25 这些排布都能发生畸变,其余组态则不易畸变 。Question 1
: 下列离子中易发生畸变的是那些离子?
[Cr(H2O)6]3+ [Fe(CN)6]4- [Cu(en)3]2+ [CoCl4]2[FeCl4] -
2-6 晶体场理论的其它应用
1 配合物的磁性
过渡金属配合物的磁性决定于金属离 子d轨道的未成对电子数 。而未成对电子数取决于在配位体场中 d轨道分裂能△与电子成对能P的比较 。P>△:
高自旋状态 P<△: 低自旋状态
(a) 八面体配合物
八面体配合物,d轨道分裂为eg和t2g两组,分裂能 和成对能的影响对d1、d2、d3、d8、d9、d10都是一 致的结果;
对d4、d5、d6和d7的体系,则都有两种排布方式: 若P>△:则成高自旋构型
(t2g)3(eg)1,(t2g)3(eg)2,(t2g)4(eg)2,(t2g)5(eg)2 若P<△:则成低自旋构型 (t2g)4,
(t2g)5,(t2g)6,(t2g)6(eg)1
(b) 四面体配合物 四面体场中,中心离子d轨道分裂为低能量 的e轨道和高能量t2轨道 。故可由此推断d1、d2、
d7、d8和d9体系只有高自旋状态,而d3、d4、 d5和d6体系,应当既有高自旋状态又有低自旋 状态 。但四面体场中的分裂能只有八面体场
的4/9,这样小的分裂能,一般小于电子成对 能 。所以,第一过渡系离子的四面体配合物 都是高自旋状态的 。
2 配合物的颜色
过渡金属离子的配合物大多具有特征颜色: [Cu(H2O)4]2 + 为 蓝 色 ,[Co(H2O)6]2 + 为 粉 红 色 、
[V(H2O)6]3+为绿色、[Ti(H2O)6]3+为紫红色等 。配离子的颜色是由 于中心离子d轨道上电 子没有充满(d1~d9),
电子可以在获得光能 后在分裂的d轨道之 间发生跃迁,这种跃 迁称为d-d跃迁 。
ΔO hν
7
实现d-d跃迁所需要的能量即为分裂能△0,一般处于可见光范围内 。当配离子吸收一定波 长的可见光发生d-d跃迁后,配离子就会显示
与吸收光互补的透过光的颜色 。
[Ti(H2O)6]3+的电子光谱图
水溶液中的Ti3+离子以[Ti(H2O)6]3+形式存在,晶体场分裂能(△0)等于20 300 cm-1 。与其对应的波长
任何一种颜 色的补色都处 在对顶角位置 上 。
为500 nm左右(相 应于可见光的绿色 波段 。由于绿色光 被吸收, 您看到的 透 射 光 是 补 色 —— 紫色 。
Question 2
由[Ti(H2O)6]3+的吸收光谱图分析计算配合物的晶 体场稳定化能 。
不同的配离子分裂能△不同,产生d-d跃迁 时吸收光的波长不同,使配离子呈现不同的颜 色 。吸收光的波长越短,电子跃迁时所需的能
量越大,亦即△值越大,配离子易吸收较短波 长的光波,其颜色偏向于较长波长的颜色 。因 此,可以根据分裂能△的大小,判断配离子的 颜色 。
Solution
配合物为八面体,已知 ? o 等于20 300 轨道之一,因而,CFSE = 1x(-0.4 ? o)= - 8120 cm-1 cm-1,
Ti3+为d1 组态离子,唯一的 d 电子添入三条 t2g
Question 3 配 位 化 合 物 [ Cr(H2O)6]Cl3 为 紫 色 , 而
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