Skip to main content
Global

19.4: Spectroscopic na Magnetic Mali ya Uratibu Misombo

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    188095

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • 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 na hupangwa katika nafasi, kama inavyoonekana kwenye Mchoro 19.33. Katika tata ya octahedral, ligands sita huratibu pamoja na axes.

    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).”
    Kielelezo 19.33 Tabia za uongozi wa orbitals tano d zinaonyeshwa hapa. Sehemu za kivuli zinaonyesha awamu ya orbitals. Ligands (L) huratibu pamoja na axes. Kwa usahihi, ligands zimeondolewa kutoka d x 2 - y 2 d x 2 - y 2 orbital ili maandiko ya mhimili yanaweza kuonyeshwa.

    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 orbitals tano d,dz2dz2nadx2-y2dx2-y2orbitals, uhakika kuelekea ligands (Kielelezo 19.33). 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 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 (thedz2dz2nadx2-y2dx2-y2orbitals) 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 19.34.

    Mchoro unaonyeshwa kwa mshale wa wima unaoelekeza juu pamoja na urefu wa mchoro upande wake wa kushoto. Mshale huu umeandikwa, “E.” upande wa kulia wa mshale huu ni safu mbili za mraba zilizotajwa katika njano. Mstari wa kwanza una mraba mitatu iliyowekwa sawasawa iliyoandikwa kushoto kwenda kulia, “d subscript (x y),” “d subscript (x z),” na, “d subscript (y z).” Mstari wa pili umewekwa juu ya kwanza na inajumuisha mraba miwili iliyowekwa sawasawa iliyoandikwa, “d subscript (z superscript 2),” na, “d subscript (x superscript 2 minus y superscript 2).” Katika mwisho wa mchoro, sehemu fupi ya mstari wa usawa hutolewa haki tu ya upande wa chini wa mraba wa kulia. Mshale wa upande mmoja unaendelea kutoka sehemu hii ya mstari hadi sehemu ya pili ya mstari wa usawa moja kwa moja juu ya kwanza na ya kulia ya upande wa chini wa mraba katika mstari wa pili. Mshale umeandikwa “mji mkuu wa delta subscript Oktoba”. Sehemu ya chini ya mstari wa usawa ni sawa na kinachoitwa “t subscript 2 g orbitals” na sehemu ya juu ya mstari inaitwa “e subscript g orbitals.”
    Kielelezo 19.34 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 Δ oct, 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:

    →ligands chache za mfululizo wa spectrochemical, ili kuongeza nguvu za shamba la ligandI-<Br-<Cl-<F-<H2O<C2O42—<NH3<en<HAPANA2-<CN-→ligands chache za mfululizo wa spectrochemical, ili kuongeza nguvu za shamba la ligandI-<Br-<Cl-<F-<H2O<C2O42—<NH3<en<HAPANA2-<CN-

    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 ion Fe 2+ katika orbitals tatu t 2 g (Kielelezo 19.35). 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.

    Mchoro unaonyeshwa kwa mshale wa wima unaoelekeza juu pamoja na urefu wa mchoro upande wake wa kushoto. Mshale huu umeandikwa, “E.” upande wa kulia wa mshale huu ni safu kadhaa za mraba zilizotajwa katika njano. Mstari wa kwanza una mraba tatu zilizounganishwa upande wa chini wa kulia wa mchoro ulioandikwa, “[F e (C N) subscript 6] superscript 4 hasi ishara.” Kila mraba ina mishale miwili nusu, na kushoto nusu mshale akizungumzia juu na haki nusu mshale akizungumzia chini. Mstari wa pili umewekwa juu na upande wa kushoto wa kwanza, na chini ya mraba kwa urefu sawa na juu ya mraba katika mstari wa kwanza. Kundi hili pia linajumuisha mraba 3 wanaohusishwa. Mraba upande wa kushoto una mishale miwili ya nusu, na mshale wa nusu wa kushoto unaoelekeza juu na mshale wa nusu wa kulia unaoelekeza chini. Mraba miwili iliyobaki katika mstari huu ina mishale ya nusu inayozungumzia zaidi. Chini ya takwimu, chini ya kikundi hiki ni lebo “[F e (H subscript 2 O) subscript 6] superscript 2 pamoja na ishara.” Kwa upande wa kushoto wa mstari huu, mstari wa tatu unaojumuisha mraba 5 unaohusishwa umewekwa na makali ya chini ya mraba kwa urefu sawa na vichwa vya mraba mfululizo wa mbili. Mraba upande wa kushoto una mishale miwili ya nusu, moja juu na moja chini. Mraba mengine yote katika kundi hili yana mishale moja inayoelekeza zaidi. Chini ya takwimu chini ya mstari huu inaonekana studio, “F e superscript 2 plus ishara hakuna ligands.” Mstari wa nne unaojumuisha mraba 2 unaohusishwa inaonekana kulia na juu ya mstari wa pili. Makali ya chini ya mraba ni ngazi ya urefu na juu ya mraba wa mstari wa tatu. Kila moja ya mraba hizi ina moja zaidi akizungumzia nusu mshale. Mstari wa tano wa mraba 2 umewekwa juu na kulia moja kwa moja juu ya mstari wa kwanza na msingi wa mraba uliowekwa kwenye ngazi sawa na juu ya mstari uliopita wa mraba. Mraba hii ni tupu. Kwenye haki ya mchoro, sehemu ya mstari mfupi ya usawa hutolewa haki tu ya upande wa chini wa mraba wa kulia wa mstari wa kwanza. Mshale unaoongozwa mara mbili unatoka kwenye sehemu hii ya mstari hadi sehemu ya pili ya mstari wa usawa moja kwa moja juu ya kwanza na ya kulia ya upande wa chini wa mstari wa tano wa mraba. mshale ni kinachoitwa, “Chini spin, kubwa delta subscript Oktoba,” na haki. Sehemu ya chini ya mstari wa usawa inaitwa sawa, “t subscript 2 g,” na sehemu ya juu ya mstari imeandikwa, “e subscript g.” Kwa haki ya safu ya pili na ya nne, sehemu ya mstari mfupi ya usawa hutolewa haki tu ya upande wa chini wa mraba wa kulia wa mstari wa pili. Mshale unaoongozwa mara mbili unatoka kwenye sehemu hii ya mstari hadi sehemu ya pili ya mstari wa usawa moja kwa moja juu ya kwanza na ya kulia ya upande wa chini wa mstari wa nne wa mraba. mshale ni kinachoitwa, “High spin, ndogo mji mkuu delta subscript Oktoba, "Kwa upande wa kulia. Sehemu ya chini ya mstari wa usawa inaitwa sawa, “t subscript 2 g,” na sehemu ya juu ya mstari imeandikwa, “e subscript g.”
    Kielelezo 19.35 Complexes ya chuma (II) ina elektroni sita katika orbitals 5 d. 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 2 g 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 (Mchoro 19.35). 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 19.7

    High- na chini spin Complexes

    Kutabiri idadi ya elektroni unpaired.

    (a) K [3 CRI 6]

    (b) [Cu (en) 2 (H 2 O) 2] Cl 2

    (c) Na 3 [Co (NO 2) 6]

    Suluhisho

    Magumu ni octahedral.

    (a) Cr 3+ ina d 3 Configuration. Elektroni hizi zote zitakuwa zisizo na nguvu.

    (b) Cu 2+ ni d 9, kwa hiyo kutakuwa na elektroni moja isiyo na uharibifu.

    (c) Co 3+ina d 6 valence elektroni, hivyo shamba kioo splitting itaamua jinsi wengi ni paired. Nitriti ni ligand yenye nguvu, hivyo ngumu itakuwa chini ya spin. Electroni sita zitakwenda katika orbitals t 2 g, na kuacha 0 bila kuharibika.

    Angalia Kujifunza Yako

    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 19.8

    CFT kwa Jiometri nyingine

    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 19.36). 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.
    Takwimu hii inajumuisha mchoro wa mwelekeo wa tatu. Katika asili inaonekana barua M. mshale, kinachoitwa, “z,” katika ncha yake, anasema juu kupitia katikati. Mshale, ulioandikwa, “x,” kwenye ncha yake, unaonyesha haki kupitia kituo hicho. Mshale wa tatu, ulioitwa, “y,” kwenye ncha yake, unaonyesha kupitia katikati kutoka mbele ya kushoto hadi sehemu ya nyuma ya mchoro. Mche wa mstatili hutolewa kwa kijani, kupanua nje ya robo tatu ya urefu kutoka kwa asili pamoja na chanya na hasi x-, y-, na z- axes. Sehemu ndogo nyekundu zimewekwa kwenye mbele ya kushoto ya juu, nyuma ya juu ya nyuma, mbele ya chini, na kushoto chini ya nyuma ya prism. Mistari nyekundu hupanua kutoka katikati ya M kupitia prism hadi nyanja hizi nne ndogo nyekundu.
    Kielelezo 19.36 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(Δtet=49ΔOktoba):(Δtet=49ΔOktoba): Mchoro unaonyeshwa kwa mshale wa wima unaoelekeza juu pamoja na urefu wa mchoro upande wake wa kushoto. Mshale huu umeandikwa, “E.” upande wa kulia wa mshale huu ni safu mbili za mraba zilizotajwa katika njano. Mstari wa kwanza una mraba miwili iliyo karibu. Mstari wa pili umewekwa tu juu ya kwanza na inajumuisha mraba mitatu karibu. Kwenye upande wa kulia wa mchoro, sehemu ya mstari mfupi ya usawa hutolewa haki tu ya upande wa chini wa mraba wa kulia kabisa katika mstari wa kwanza. Mshale unaoongozwa mara mbili unatoka kwenye sehemu hii ya mstari hadi sehemu ya pili ya mstari wa usawa moja kwa moja juu ya kwanza na ya kulia ya upande wa chini wa mraba katika mstari wa pili. Mshale umeandikwa, “ndogo mji mkuu delta subscript tet,” na haki. Sehemu ya chini ya mstari wa usawa inaitwa sawa, “e subscript,” na sehemu ya juu ya mstari imeandikwa, “t subscript 2.”

    Angalia Kujifunza Yako

    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 zinachukuliwa 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, kama ilivyoonyeshwa hapa chini:

    Mchoro unaonyeshwa kwa safu nne za rectangles iliyoelekezwa kwa wima. Ngazi ya chini ina rectangles mbili na nafasi kati yao. Mstatili upande wa kushoto umeandikwa, “d subscript x z,” chini. Mstatili kwa haki yake ni sawa na kinachoitwa, “d subscript y z.” Tu hapo juu, mstari wa pili una mstatili 1 tu hapo juu na kati ya mbili za chini. Mstatili huu umeandikwa, “d subscript z squared.” Tu hapo juu, mstari wa tatu una mstatili 1 tu moja kwa moja hapo juu. Mstatili huu umeandikwa, “d subscript x z.” Tu hapo juu, mstari wa nne una mstatili 1 tu moja kwa moja hapo juu. Mstatili huu umeandikwa, “d subscript x squared minus y squared.”

    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 [Cu (NH 3) 4] 2+ion matokeo kwa sababu ion hii inachukua mwanga wa machungwa na nyekundu, na kuacha rangi ya ziada ya bluu na kijani (Kielelezo 19.37).

    Takwimu hii inajumuisha michoro tatu. Katika, nyekundu, machungwa, njano, kijani, bluu, indigo, na violet tukio mishale uhakika kutoka juu kushoto na kulia chini kuelekea moja nyeusi, moja nyeupe, na mbili njano mstatili nyuso. Hakuna mishale inayoonyeshwa kuacha uso mweusi. Juu ya uso nyeupe, mishale ya rangi zote zilizojumuishwa hupanua kutoka kwenye uso wa mstatili unaoenea kutoka kwa haki tu ya vidokezo vya mishale ya tukio ambayo inakaribia mstatili hadi kulia juu. Kwa uso wa kwanza wa njano, mshale wa njano tu unatoka kwenye hatua tu iliyopita ncha ya mshale wa tukio la njano hadi upande wa kulia wa juu. Kwa uso wa pili wa njano, rangi zote za mishale isipokuwa indigo hupanua kutoka kwa pointi tu zilizopita vidokezo vya mishale ya tukio hadi kulia juu. Katika b, mduara kivuli katika nyekundu juu kushoto blends na machungwa, njano, kijani, bluu, indigo, na violet kusonga clockwise juu ya mduara. Upande wa kushoto wa kanda nyekundu una radius inayoitwa, “800 n m,” kwenye makali ya mduara. Radi inayotolewa juu ya mduara katika mkoa nyekundu-machungwa imeandikwa, “620 n m.” Radius inayotolewa kwa uhakika karibu na katikati ya roboduara ya kwanza ya mduara katika eneo la machungwa-njano inaitwa, “580 n m.” Radius inayotolewa kwa uhakika karibu na katikati ya roboduara ya pili ya mduara katika eneo la njano-kijani inaitwa, “560 n m.” Radi inayotolewa chini ya mduara katika eneo la bluu imeandikwa, “490 n m.” Radius inayotolewa kwa uhakika karibu na katikati ya roboduara ya tatu ya mduara katika mkoa wa indigo inaitwa, “430 n m.” Radi isiyojulikana inavutiwa na hatua ya kushoto kwenye mduara katika eneo la violet. Mkoa wa violet unaishia ambapo kanda nyekundu ilianza kwenye mduara. Radius hii ni kinachoitwa, “400 n m,” tu kwa upande wa kushoto na chini ya, “800 n m,” studio kuhusishwa na kanda nyekundu. Katika c, tube ya mtihani iliyo na dutu ya bluu inavyoonyeshwa. Kwa upande wa kushoto wa tube ya mtihani, mishale ya rangi ya tukio huonyeshwa akielezea tube ya mtihani. Rangi ya mishale ili kutoka chini hadi juu ni nyekundu, machungwa, njano, kijani, bluu, indigo, na violet. Juu ya mishale hii ni lebo, “Nuru nyeupe.” Kwa haki ya tube ya mtihani, mishale ya njano, kijani, bluu, indigo, na violet inaelekeza sawa. Mishale hii ni nafasi nzuri katika ngazi moja juu ya tube mtihani kama vinavyolingana yao mishale tukio upande wa kushoto wa tube mtihani. Juu ya mishale hii ni lebo, “Mwanga unaoonekana rangi ya bluu.”
    Kielelezo 19.37 (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 19.9

    Rangi ya 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=cλkwa hivyo3.00×108m/s499 nm×1 m109nm=6.01×1014Hzv=cλkwa hivyo3.00×108m/s499 nm×1 m109nm=6.01×1014Hz
    E=hνkwa hivyo6.63×10-34J·s×6.01×1014Hz=3.99×1019-19Joules/ionE=hνkwa hivyo6.63×10-34J·s×6.01×1014Hz=3.99×1019-19Joules/ion

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

    Angalia Kujifunza Yako

    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 19.38, 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.

    Takwimu hii inaonyesha vyombo vitatu vilivyojaa vinywaji vya rangi tofauti. Ya kwanza inaonekana kuwa rangi ya zambarau, ya pili, machungwa, na nyekundu ya tatu.
    Kielelezo 19.38 Sehemu iliyojazwa d orbitals 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 19.39). 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.

    Picha mbili zinaonyeshwa. Picha upande wa kushoto inaonyesha kilima kidogo cha poda nyeupe ya fuwele yenye rangi ya njano yenye kukata tamaa sana kwenye kioo cha kuangalia. Picha b inaonyesha kilima kidogo cha poda ya fuwele ya njano-tan.
    Kielelezo 19.39 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.

    Unganisha na Kujifunza

    Tazama video hii ya kupunguza complexes ya vanadium ili kuchunguza athari ya rangi ya kubadilisha majimbo ya oxidation.

    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.

    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, complexes ya Cu 2+ ya octahedral ina nafasi katika orbitals e g, na elektroni zinaweza kusisimua 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 19.40). 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.

    Picha mbili zinaonyeshwa. Picha upande wa kushoto inaonyesha kilima kidogo cha poda nyeupe ya fuwele kwenye kioo cha kuangalia. Picha b inaonyesha kilima kidogo cha poda ya bluu ya fuwele.
    Kielelezo 19.40 (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 yenye rangi nyekundu.