19.3: Mali ya macho na magnetic ya Misombo ya Uratibu

Malengo ya kujifunza

• Eleza Nguzo ya msingi ya nadharia ya kioo shamba (CFT)
• Kutambua jiometri za Masi zinazohusiana na mifumo mbalimbali ya d-orbital splitting
• Kutabiri usanidi elektroni ya orbitals mgawanyiko d kwa kuchaguliwa atomi chuma mpito au ions
• Eleza mali ya spectral na magnetic kwa suala la dhana za CFT

Tabia ya misombo ya uratibu haiwezi kuelezewa kwa kutosha na nadharia zileile zinazotumiwa kwa kemia ya elementi ya kundi kuu Jiometri zilizoonekana za complexes za uratibu haziendani na orbitals zilizochanganywa kwenye chuma cha kati kinachoingiliana na orbitals ya ligand, kama ingekuwa inatabiriwa na nadharia ya dhamana ya valence. Rangi zilizoonekana zinaonyesha kwamba orbitals d mara nyingi hutokea katika viwango tofauti vya nishati badala ya yote kuwa degenerate, yaani, ya nishati sawa, kama ilivyo orbitals tatu p. Ili kuelezea utulivu, miundo, rangi, na mali za magnetic za complexes za chuma za mpito, mfano tofauti wa kuunganisha umeandaliwa. Kama vile valence dhamana nadharia anaelezea mambo mengi ya bonding katika kundi kuu kemia, kioo shamba nadharia ni muhimu katika kuelewa na kutabiri tabia ya complexes mpito chuma.

kioo uwanja nadharia

Ili kuelezea tabia iliyoonekana ya complexes za chuma za mpito (kama vile jinsi rangi zinavyojitokeza), mfano unaohusisha mwingiliano wa umeme kati ya elektroni kutoka ligandi na elektroni katika orbitali d zisizozalishwa za atomi ya kati ya chuma imeendelezwa. Mfano huu wa umeme ni nadharia ya shamba la kioo (CFT). Inatuwezesha kuelewa, kutafsiri, na kutabiri rangi, tabia ya magnetic, na miundo mingine ya misombo ya uratibu wa metali za mpito.

CFT inalenga katika elektroni nonbonding juu ya kati ya chuma ion katika complexes uratibu si juu ya vifungo chuma-ligand. Kama nadharia ya dhamana ya valence, CFT inaelezea sehemu tu ya hadithi ya tabia ya tata. Hata hivyo, anaelezea sehemu ambayo valence dhamana nadharia haina. Kwa fomu yake safi, CFT inapuuza ushirikiano wowote wa covalent kati ya ligands na ions za chuma. Wote ligand na chuma hutendewa kama mashtaka madogo madogo.

Elektroni zote ni hasi, hivyo elektroni zilizotolewa kutoka ligandi zitarudisha elektroni za chuma cha kati. Hebu tuchunguze tabia ya elektroni katika orbitals zisizosababishwa d katika tata ya octahedral. Orbitals tano d zinajumuisha mikoa ya lobe-umbo na hupangwa katika nafasi, kama inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{1}\). Katika tata ya octahedral, ligands sita huratibu pamoja na axes.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Tabia za uongozi wa orbitals tano d zinaonyeshwa hapa. Sehemu zilizovuliwa zinaonyesha awamu ya orbitals. Ligands (L) huratibu pamoja na axes. Kwa usahihi, ligands zimeondolewa kutoka\(d_{x^2−y^2}\) orbital ili maandiko ya mhimili yanaweza kuonyeshwa.

Takwimu hii inajumuisha michoro ya orbitals tano d. Kila mchoro unajumuisha axes tatu. Mhimili wa z-ni wima na unaashiria kwa mshale unaozungumzia juu. Inaitwa “z” katika mchoro wa kwanza. Mishale pia kutambua x-axis na mshale akizungumzia kutoka nyuma kushoto mbele ya kulia, diagonally katika takwimu na y mhimili na mshale akizungumzia kutoka upande wa kushoto mbele diagonally katika takwimu ya nyuma haki ya mchoro. Axes hizi zinaitwa sawa kama “x” na “y.” Katika mchoro huu wa kwanza, maumbo manne ya machungwa ya balloon yanapanua kutoka hatua ya asili nje pamoja na x- na y- axes katika mwelekeo mzuri na hasi kufunika zaidi ya nusu ya urefu wa x- na y- axes chanya na hasi. Chini ya mchoro ni studio, “d subscript (x superscript 2 minus y superscript 2).” Mchoro wa pili haki tu ya kwanza ni sawa isipokuwa maandiko x, y, na z zimebadilishwa katika kila mfano na barua L. jozi tu ya maumbo ya machungwa balloon-kama ni sasa na kupanua kutoka asili juu na chini pamoja mhimili wima. Sura ya machungwa ya toroidal au donut imewekwa karibu na asili, inayoelekezwa kupitia x- na y- axes. Sura hii inaendelea hadi karibu theluthi moja ya urefu wa mikoa nzuri na hasi ya x- na y- axes. Mchoro huu umeandikwa, “d subscript (z superscript 2).” Ya tatu kupitia michoro ya tano, sawa na ya kwanza, inaonyesha maumbo manne ya machungwa ya balloon. Michoro hizi zinatofautiana hata hivyo katika mwelekeo wa maumbo pamoja na shoka na maandiko ya x-, y-, na z-axis kila zimebadilishwa na barua L. ndege zinaongezwa kwa takwimu ili kusaidia kuonyesha tofauti za mwelekeo na michoro hizi. Katika mchoro wa tatu, ndege ya kijani inaelekezwa kwa wima kupitia urefu wa x-axis na ndege ya bluu inaelekezwa kwa usawa kupitia urefu wa mhimili wa y. Maumbo ya puto yanapanua kutoka asili hadi nafasi kati ya z-chanya na hasi y- axes, chanya z- na chanya y- axes, hasi z- na hasi y- axes, na hasi z- na chanya y- axes. Mchoro huu umeandikwa, “d subscript (y z).” Katika mchoro wa nne, ndege ya kijani inaelekezwa kwa wima kupitia x- na y- axes na ndege ya bluu inaelekezwa kwa usawa kupitia urefu wa x-axis. Maumbo ya puto yanapanua kutoka asili hadi nafasi kati ya z- na hasi x- axes, chanya z- na chanya x- axes, hasi z- na hasi x- axes, na hasi z- na chanya x- axes. Mchoro huu umeandikwa “d subscript (x z).” Katika mchoro wa tano, ndege ya pink inaelekezwa kwa wima kupitia urefu wa mhimili wa y na ndege ya kijani inaelekezwa kwa wima kupitia urefu wa x-axis. Maumbo ya puto yanapanua kutoka asili hadi nafasi kati ya chanya x- na hasi y- axes, chanya x- na chanya y- axes, hasi x- na hasi y- axes, na hasi x- na chanya y- axes. Mchoro huu umeandikwa, “d subscript (x y).”

Katika ioni ya chuma isiyo na ngumu katika awamu ya gesi, elektroni zinasambazwa kati ya orbitali tano d kulingana na utawala wa Hund kwa sababu orbitali zote zina nishati sawa. Hata hivyo, wakati ligands kuratibu na ion ya chuma, nguvu za orbitals d si sawa.

Katika complexes octahedral, lobes katika mbili ya tano d orbitals,\(d_{z^2}\) na\(d_{x^2−y^2}\) orbitals, kuelekea ligands (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Orbitals hizi mbili huitwa e _g orbitals (ishara kweli inahusu ulinganifu wa orbitals, lakini tutatumia kama jina rahisi kwa orbitals hizi mbili katika tata octahedral). Orbitals nyingine tatu, d _xy, d _xz, na d _yz orbitals, na lobes kwamba uhakika kati ya ligands na huitwa t _{2 g} orbitals (tena, ishara kweli inahusu kwa ulinganifu wa orbitals). Kama ligands sita inakaribia ion ya chuma pamoja na axes ya octahedron, mashtaka yao ya uhakika yanarudisha elektroni katika orbitals d ya ion ya chuma. Hata hivyo, repulsions kati ya elektroni katika orbitals e _g (the\(d_{z^2}\) na\(d_{x^2−y^2}\) orbitals) na ligands ni kubwa kuliko repulsions kati ya elektroni katika orbitals t _{2 g} (d _zy, d _xz, na d _yz orbitals) na ligands. Hii ni kwa sababu lobes ya e _g orbitals uhakika moja kwa moja kwenye ligands, wakati lobes ya t _{2 g} orbitals uhakika kati yao. Kwa hiyo, elektroni katika mzunguko wa e _g ya chuma katika tata ya octahedral zina uwezo mkubwa zaidi kuliko wale wa elektroni katika orbitals t _{2 g}. Tofauti katika nishati inaweza kuwakilishwa kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Katika complexes octahedral, e _g orbitals ni destabilized (juu katika nishati) ikilinganishwa na orbitals t _2g kwa sababu ligands kuingiliana kwa nguvu zaidi na orbitals d ambayo wao ni alisema moja kwa moja.

Tofauti kati ya nishati kati ya e _g na t _{2 g} orbitals inaitwa shamba la kioo kugawanyika na inaonyeshwa na Δoct, ambapo oct inasimama kwa octahedral.

Ukubwa wa Δ _oct inategemea mambo mengi, ikiwa ni pamoja na asili ya ligands sita ziko karibu na ioni ya kati ya chuma, malipo ya chuma, na kama chuma kinatumia 3 d, 4 d, au 5 d orbitals. Ligands tofauti huzalisha splittings tofauti za shamba la kioo. Kuongezeka kwa shamba la kioo lililozalishwa na ligands linaonyeshwa katika mfululizo wa spectrochemical, toleo fupi ambalo linatolewa hapa:

\[\large \underset{\textrm{a few ligands of the spectrochemical series, in order of increasing field strength of the ligand}}{\xrightarrow{\ce{I- <Br- <Cl- <F- <H2O<C2O4^2- <NH3<\mathit{en}<NO2- <CN-}}} \nonumber \]

Katika mfululizo huu, ligands upande wa kushoto husababisha splittings ndogo kioo shamba na ni dhaifu shamba ligands, ambapo wale juu ya haki kusababisha splittings kubwa na ni nguvu shamba ligands. Hivyo, thamani ya Δ _oct kwa tata ya octahedral na ligands iodidi ^(I-) ni ndogo sana kuliko thamani Δ _oct kwa chuma sawa na ligands ya cyanide (CN ^-).

Electroni katika orbitals d hufuata kanuni ya aufbau (“kujaza”), ambayo inasema kwamba orbitals itajazwa ili kutoa nishati ya chini kabisa, kama ilivyo katika kemia ya kikundi kikuu. Wakati elektroni mbili zinachukua orbital sawa, mashtaka kama hayo yanarudiana. Nishati inahitajika kuunganisha elektroni mbili katika orbital moja inaitwa nishati ya pairing (P). Electroni daima huchukua kila orbital katika kuweka degenerate kabla ya pairing. P ni sawa na ukubwa wa Δ _oct. Wakati elektroni kujaza orbitals d, ukubwa wa jamaa wa Δ _oct na P kuamua ambayo orbitals itakuwa ulichukua.

Katika [[Fe (CN) ₆] ^4, shamba lenye nguvu la ligandi sita za sianidi hutoa kubwa Δ _Oktoba. Chini ya hali hizi, elektroni zinahitaji nishati kidogo kwa jozi kuliko zinahitaji kuwa na msisimko kwa orbitals e _g (Δ _oct> P). Elektroni sita 3 d ya jozi ya Fe ^{2 +} ion katika orbitals tatu t _{2 g} (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Complexes ambayo elektroni zimeunganishwa kwa sababu ya kugawanyika kwa shamba kubwa la kioo huitwa complexes za chini za spin kwa sababu idadi ya elektroni zisizoharibika (spins) hupunguzwa.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Complexes ya chuma (II) ina elektroni sita katika orbitals 5d. Kutokuwepo kwa shamba la kioo, orbitals ni degenerate. Kwa complexes uratibu na ligands nguvu shamba kama vile [Fe (CN) ₆] ^4-, Δ _oct ni kubwa kuliko P, na jozi elektroni katika nishati ya chini t _2g orbitals kabla ya kuchukua orbitals mfano. Kwa ligands dhaifu za shamba kama vile H ₂ O, ugawanyiko wa shamba la ligand ni chini ya nishati ya pairing, Δ _oct chini ya P, hivyo elektroni huchukua orbitals zote d moja kwa moja kabla ya pairing yoyote hutokea.

Katika [[Fe (H ₂ O) ₆] ²⁺, kwa upande mwingine, shamba dhaifu la molekuli za maji hutoa ugawanyiko mdogo wa shamba la kioo tu (Δ _oct <P). Kwa sababu inahitaji nishati kidogo kwa elektroni kuchukua orbitals e _g kuliko kuunganisha pamoja, kutakuwa na elektroni katika kila moja ya tano 3 d orbitals kabla ya pairing hutokea. Kwa elektroni sita d kwenye kituo cha chuma (II) katika [Fe (H ₂ O) ₆] ²⁺, kutakuwa na jozi moja ya elektroni na elektroni nne zisizo na nguvu (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Complexes kama vile ioni ya [Fe (H ₂ O) ₆] ²⁺, ambamo elektroni hazipatikani kwa sababu ugawanyiko wa shamba la kioo si kubwa ya kutosha kuwafanya jozi, huitwa magumu ya juu-spin kwa sababu idadi ya elektroni zisizoharibika (spins) imepanuliwa.

Mstari sawa wa hoja unaonyesha kwa nini [Fe (CN) ₆] ^{3 -} ioni ni tata ya chini ya spin yenye elektroni moja tu isiyo na uwezo, ambapo ioni [Fe (H ₂ O) ₆] ³⁺ na [FeF ₆] ^3- ni magumu ya juu-spin yenye elektroni tano zisizo na nguvu.

Mfano\(\PageIndex{1}\): High- and Low-Spin Complexes

Kutabiri idadi ya elektroni unpaired.

1. K [₃ CRI ₆]
2. [Cu (sw) ₂ (H ₂ O) ₂] Cl ₂
3. Na ₃ [Co (NO ₂) ₆]

Suluhisho

Magumu ni octahedral.

1. Cr ^{3 +} ina d ³ Configuration. Elektroni hizi zote zitakuwa zisizo na nguvu.
2. Cu ^{2 +} ni d ⁹, kwa hiyo kutakuwa na elektroni moja isiyo na uharibifu.
3. Co ^{3 +} ina d ⁶ valence elektroni, hivyo kugawanyika shamba kioo itaamua ngapi ni paired. Nitriti ni ligand yenye nguvu, hivyo tata itakuwa chini ya spin. Electroni sita zitakwenda katika orbitals t _{2 g}, na kuacha 0 bila kuharibika.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Ukubwa wa shamba la kioo kugawanyika huathiri tu utaratibu wa elektroni wakati kuna uchaguzi kati ya kuunganisha elektroni na kujaza orbitals ya juu-nishati. Kwa nini mazungumzo ya d -electron kutakuwa na tofauti kati ya maandalizi ya juu na ya chini ya spin katika complexes octahedral?

Jibu

d ⁴, d ⁵, d ⁶, na d ⁷

Mfano\(\PageIndex{2}\): CFT for Other Geometries

CFT inatumika kwa molekuli katika jiometri isipokuwa octahedral. Katika complexes octahedral, kumbuka kwamba lobes ya e _g kuweka uhakika moja kwa moja kwenye ligands. Kwa complexes tetrahedral, orbitals d kubaki mahali, lakini sasa tuna ligands nne tu ziko kati ya axes (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Hakuna mojawapo ya orbitals inayoelezea moja kwa moja kwenye ligands za tetrahedral. Hata hivyo, kuweka e _g (pamoja na axes za Cartesian) huingilia na ligands chini ya kuweka t _{2 g}. Kwa kulinganisha na kesi ya octahedral, kutabiri mchoro wa nishati kwa orbitals d katika uwanja wa kioo wa tetrahedral. Ili kuepuka kuchanganyikiwa, octahedral e _g kuweka inakuwa tetrahedral e kuweka, na kuweka octahedral t _{2 g} inakuwa t ₂ kuweka.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mchoro huu unaonyesha mwelekeo wa ligands za tetrahedral kwa heshima na mfumo wa mhimili kwa orbitals.

Suluhisho

Kwa kuwa CFT inategemea repulsion umeme, orbitals karibu na ligands itakuwa destabilized na kukulia katika nishati jamaa na seti nyingine ya orbitals. Kugawanyika ni chini ya complexes octahedral kwa sababu kuingiliana ni chini, hivyo Δ _tet kawaida ni ndogo\(\left(Δ_\ce{tet}=\dfrac{4}{9}Δ_\ce{oct}\right)\):

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Eleza jinsi wengi unpaired elektroni tetrahedral d ⁴ ion itakuwa na.

Jibu

4; kwa sababu Δ _test ni ndogo, complexes yote ya tetrahedral ni spin ya juu na elektroni huingia kwenye orbitals t ₂ kabla ya kuunganisha

Jiometri nyingine ya kawaida ni mpango wa mraba. Inawezekana kuzingatia jiometri ya mraba kama muundo wa octahedral na jozi ya ligands trans kuondolewa. Ligands zilizoondolewa zinadhaniwa kuwa kwenye z -axis. Hii inabadilisha usambazaji wa orbitals d, kama orbitals juu au karibu na z -axis kuwa imara zaidi, na wale walio juu au karibu na x- au y -axes kuwa chini imara. Hii inasababisha octahedral t _{2 g} na e _g inaweka kugawanyika na inatoa muundo ngumu zaidi bila rahisi Δ _oct. Mfano wa msingi ni:

Wakati wa magnetic wa Molekuli na Ions

Ushahidi wa majaribio ya vipimo vya magnetic unasaidia nadharia ya complexes ya juu na ya chini. Kumbuka kwamba molekuli kama O _{2 zilizo} na elektroni zisizoharibika ni paramagnetic. Dutu za paramagnetic zinavutiwa na mashamba ya magnetic. Complexes nyingi za chuma za mpito zina elektroni zisizo na uharibifu na hivyo ni paramagnetic. Molekuli kama vile N ₂ na ioni kama vile Na ⁺ na [[Fe (CN) ₆] ^4—zisizo na elektroni zisizo na uharibifu ni diamagnetic. Dutu za diamagnetic zina tabia kidogo ya kupinduliwa na mashamba ya magnetic.

Wakati elektroni katika atomu au ioni inapoharibika, wakati wa sumaku kutokana na spin yake hufanya atomi nzima au ion paramagnetic. Ukubwa wa wakati wa magnetic wa mfumo ulio na elektroni zisizo na uharibifu unahusiana moja kwa moja na idadi ya elektroni hizo: idadi kubwa ya elektroni zisizoharibika, wakati mkubwa wa magnetic. Kwa hiyo, wakati wa magnetic uliozingatiwa hutumiwa kuamua idadi ya elektroni zisizo na uharibifu zilizopo. Kipimo cha magnetic cha chini cha spin d ⁶ [Fe (CN) ₆] ^{4—inathibitisha} kuwa chuma ni diamagnetic, wakati high-spin d ⁶ [Fe (H ₂ O) ₆] ²⁺ ina elektroni nne zisizo na nguvu na wakati wa magnetic ambayo unathibitisha utaratibu huu.

Rangi ya Complexes ya Chuma ya Mpito

Wakati atomi au molekuli kunyonya mwanga katika frequency sahihi, elektroni zao ni msisimko kwa orbitals juu-nishati. Kwa atomi nyingi za kikundi kikuu na molekuli, fotoni zilizoingizwa ziko katika upeo wa ultraviolet wa wigo wa sumakuumeme, ambayo haiwezi kugunduliwa na jicho la mwanadamu. Kwa misombo ya uratibu, tofauti ya nishati kati ya orbitals d mara nyingi inaruhusu photons katika aina inayoonekana kufyonzwa.

Jicho la mwanadamu linaona mchanganyiko wa rangi zote, kwa kiwango cha sasa katika jua, kama mwanga mweupe. Rangi ya ziada, wale walio karibu na kila mmoja kwenye gurudumu la rangi, pia hutumiwa katika maono ya rangi. Jicho linaona mchanganyiko wa rangi mbili za ziada, kwa uwiano sahihi, kama mwanga mweupe. Vivyo hivyo, wakati rangi haipo kutoka kwenye mwanga mweupe, jicho linaona inayosaidia. Kwa mfano, wakati photons nyekundu zinachukuliwa kutoka kwenye mwanga mweupe, macho yanaona rangi ya kijani. Wakati photoni za violet zinaondolewa kwenye mwanga mweupe, macho yanaona njano ya limao. Rangi ya bluu ya matokeo ya [Cu (NH ₃) ₄] ²⁺ ion kwa sababu ion hii inachukua mwanga wa machungwa na nyekundu, na kuacha rangi ya ziada ya bluu na kijani (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): (a) Kitu ni nyeusi ikiwa inachukua rangi zote za mwanga. Ikiwa inaonyesha rangi zote za mwanga, ni nyeupe. Kitu kina rangi ikiwa inachukua rangi zote isipokuwa moja, kama vile strip hii ya njano. Mchoro pia unaonekana njano ikiwa inachukua rangi ya ziada kutoka kwenye mwanga mweupe (katika kesi hii, indigo). (b) Rangi ya ziada iko moja kwa moja kutoka kwa kila mmoja kwenye gurudumu la rangi. (c) Suluhisho la [Cu (NH ₃) ₄] ²⁺ ions inachukua mwanga nyekundu na machungwa, hivyo mwanga unaoambukizwa unaonekana kama rangi ya ziada, bluu.

Mfano\(\PageIndex{3}\): Colors of Complexes

Tata ya octahedral [Ti (H ₂ O) ₆] ³⁺ ina elektroni moja d. Ili kusisimua elektroni hii kutoka hali ya ardhi t _{2 g} orbital kwa e _g orbital, tata hii inachukua mwanga kutoka 450 hadi 600 nm. Upeo wa kiwango cha juu unafanana na Δ _oct na hutokea saa 499 nm. Tumia thamani ya Δ _oct katika Joules na utabiri rangi gani ufumbuzi utaonekana.

Suluhisho

Kutumia equation ya Planck (rejea sehemu ya nishati ya umeme), tunahesabu:

\[v=\dfrac{c}{λ}\mathrm{\:so\:\dfrac{3.00×10^8\: m/s}{\dfrac{499\: nm×1\: m}{10^9\:nm}}=6.01×10^{14}\:Hz} \nonumber \]

\[E=hnu\mathrm{\:so\:6.63×10^{−34}\:\textrm{J⋅s}×6.01×10^{14}\:Hz=3.99×10^{−19}\:Joules/ion} \nonumber \]

Kwa sababu tata inachukua 600 nm (machungwa) kupitia 450 (bluu), indigo, violet, na wavelengths nyekundu zitatumiwa, na tata itaonekana zambarau.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Ngumu inayoonekana kijani, inachukua photons ya wavelengths gani?

Jibu

nyekundu, 620-800 nm

Mabadiliko madogo katika nguvu za jamaa za orbitals ambazo elektroni zinabadilika kati zinaweza kusababisha mabadiliko makubwa katika rangi ya mwanga kufyonzwa. Kwa hiyo, rangi ya misombo ya uratibu hutegemea mambo mengi. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\), ions tofauti za chuma za maji zinaweza kuwa na rangi tofauti. Aidha, majimbo tofauti ya oxidation ya chuma moja yanaweza kuzalisha rangi tofauti, kama inavyoonekana kwa complexes ya vanadium katika kiungo hapa chini.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Sehemu ya kujazwa d ya ions imara Cr ^{3 +} (aq), Fe ^{3 +} (aq), na Co ^{2 +} (aq) (kushoto, katikati na kulia, kwa mtiririko huo) hutoa rangi mbalimbali. (mikopo: Sahar Atwa)

Ligands maalum zilizoratibiwa na kituo cha chuma pia huathiri rangi ya tata za uratibu. Kwa mfano, chuma (II) tata [Fe (H ₂ O) ₆] SO ₄ inaonekana bluu-kijani kwa sababu high-spin tata inachukua photons katika wavelengths nyekundu (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Kwa upande mwingine, chuma cha chini-spin (II) tata K ₄ [Fe (CN) _{6] kinaonekana} rangi ya njano kwa sababu inachukua photoni za violet za juu-nishati.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Wote (a) hexaaquairon (II) sulfate na (b) hexacyanoferrate potassium (II) vyenye d ⁶ chuma (II) vituo vya chuma vya octahedral, lakini hupata photons katika safu tofauti za wigo unaoonekana.

Kwa ujumla, ligands yenye nguvu husababisha mgawanyiko mkubwa katika nguvu za orbitals d ya atomi ya kati ya chuma (kubwa Δ _oct). Transition chuma uratibu misombo na ligands hizi ni njano, machungwa, au nyekundu kwa sababu wao kunyonya juu-nishati violet au bluu mwanga. Kwa upande mwingine, uratibu misombo ya metali mpito na ligandi dhaifu shamba mara nyingi bluu-kijani, bluu, au indigo kwa sababu kunyonya chini nishati njano, machungwa, au nyekundu mwanga.

Video\(\PageIndex{8}\): Tazama video hii ya kupunguza complexes ya vanadium ili kuchunguza athari ya rangi ya kubadilisha majimbo ya oxidation.

Kiwanja cha uratibu wa ioni ya Cu ⁺ kina usanidi wa d ¹⁰, na orbitals zote za e _g zinajazwa. Ili kusisimua elektroni kwa kiwango cha juu, kama vile 4 p orbital, photons ya nishati ya juu sana ni muhimu. Nishati hii inafanana na wavelengths fupi sana katika eneo la ultraviolet la wigo. Hakuna mwanga unaoonekana unafyonzwa, hivyo jicho halioni mabadiliko, na kiwanja kinaonekana nyeupe au isiyo rangi. Suluhisho iliyo na [Cu (CN) ₂] ^- kwa mfano, haina rangi. Kwa upande mwingine, octahedral Cu ^{2 +} complexes ina nafasi katika orbitals e _g, na elektroni inaweza kuwa msisimko kwa ngazi hii. Wavelength (nishati) ya mwanga kufyonzwa inalingana na sehemu inayoonekana ya wigo, na Cu ^{2 +} complexes ni karibu kila mara rangi-bluu, bluu-kijani violet, au njano (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Ingawa CFT inaelezea kwa mafanikio mali nyingi za complexes za uratibu, maelezo ya molekuli orbital (zaidi ya upeo wa utangulizi uliotolewa hapa) wanatakiwa kuelewa kikamilifu tabia ya complexes ya uratibu.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): (a) Copper (I) complexes na mazungumzo d ¹⁰ kama vile CuI huwa na rangi, ambapo (b) d ⁹ shaba (II) complexes kama vile Cu (NO ₃) _{2 · 5H 2} O ni rangi nyekundu.

Muhtasari

Nadharia ya shamba la Crystal inachukua mwingiliano kati ya elektroni kwenye chuma na ligandi kama athari rahisi ya umeme. Uwepo wa ligands karibu na ioni ya chuma hubadilisha nguvu za chuma d orbitals kuhusiana na nguvu zao katika ion bure. Wote rangi na mali ya magnetic ya ngumu inaweza kuhusishwa na kugawanyika kwa shamba hili la kioo. Ukubwa wa kugawanyika (Δ _oct) inategemea asili ya ligands iliyounganishwa na chuma. Ligands yenye nguvu huzalisha kugawanyika kwa kiasi kikubwa na kupendelea complexes ya chini ya spin, ambayo orbitals t _{2 g} hujazwa kabisa kabla ya elektroni yoyote kuchukua e _g orbitals. Ligands dhaifu shamba neema malezi ya complexes high-spin. The t _{2 g} na e _g orbitals ni moja kwa moja ulichukua kabla yoyote ni mara mbili ulichukua.

faharasa

kioo shamba kugawanyika (Δ _oct)

tofauti katika nishati kati ya seti ya t _{2 g} na e _g au t na e seti ya orbitals

kioo shamba nadharia

mfano kwamba anaelezea nguvu ya orbitals katika metali mpito katika suala la mwingiliano umeme na ligands lakini haina ni pamoja na chuma ligand bonding

_Tunakwenda orbitals

seti ya orbitals mbili d ambayo ni oriented juu ya axes Cartesian kwa complexes uratibu; katika complexes octahedral, wao ni ya juu katika nishati kuliko t _{2 g} orbitals

isoma za kijiometri

isoma ambazo hutofautiana kwa njia ambayo atomi zinaelekezwa katika nafasi jamaa kwa kila mmoja, na kusababisha mali tofauti za kimwili na kemikali

high-spin tata

tata ambayo elektroni kuongeza jumla ya elektroni spin kwa wingle wakazi wote wa orbitals kabla pairing elektroni mbili katika orbitals chini ya nishati

tata ya chini-spin

tata ambayo elektroni kupunguza jumla ya elektroni spin kwa pairing katika orbitals chini ya nishati kabla ya wakazi orbitals juu-nishati

pairing nishati (P)

nishati required mahali elektroni mbili na spins kinyume katika orbital moja

spectrochemical mfululizo

cheo ya ligands kulingana na ukubwa wa shamba kioo splitting wao kushawishi

ligand yenye nguvu

ligand ambayo husababisha splittings kubwa kioo shamba

kwa _{2 g} orbitals

seti ya orbitals tatu d iliyokaa kati ya axes Cartesian kwa complexes uratibu; katika complexes octahedral, wao ni dari katika nishati ikilinganishwa na orbitals e _g kulingana na CFT

ligand dhaifu

ligand ambayo husababisha splittings ndogo kioo shamba