स्नातकोत्तर → अकार्बनिक रसायन विज्ञान → संयोजन रसायन ↓
क्रिस्टल फील्ड थ्योरी
परिचय
क्रिस्टल फील्ड थ्योरी (CFT) एक मॉडल है जो संक्रमण धातु के परिसर की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का वर्णन करता है। यह सिद्धांत धातु के परिसरों के व्यवहार, रंग, चुंबकत्व और स्थायित्व को समझने के लिए विकसित किया गया था। CFT में, संक्रमण धातु के d-ऑर्बिटल्स पर चारों ओर के लिगैंड्स द्वारा बनाए गए क्षेत्र के प्रभाव पर विचार किया जाता है ताकि परिसर की विशेषताओं की भविष्यवाणी की जा सके।
क्रिस्टल फील्ड थ्योरी के मूल तत्व
CFT का आधार यह है कि लिगैंड को एक बिंदु चार्ज के रूप में देखा जाए (विशेष रूप से आयनिक परिसर जैसे [Ti(H 2 O) 6 ] 3+ में लागू) और धातु आयन के d-ऑर्बिटल्स पर एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है। जब लिगैंड्स केंद्रीय धातु परमाणु के निकट आते हैं, तो वे इसके d-इलेक्ट्रॉनों के साथ अंतरक्रिया करते हैं, जिससे ऊर्जा स्तरों में बदलाव होता है। इसके परिणामस्वरूप d-ऑर्बिटल्स विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित हो जाते हैं।
d-ऑर्बिटल्स का विभाजन
एक अलग धातु के परमाणु में, पांचों d-ऑर्बिटल्स के ऊर्जा स्तर समान होते हैं (डेजेनेरेट)। हालांकि, लिगैंड्स की उपस्थिति के कारण ये ऑर्बिटल्स विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित हो जाते हैं। इस विभाजन का पैटर्न और सीमा लिगैंड की प्रकृति और लिगैंड व्यवस्था की ज्यामिति पर निर्भर करती है।
ऑक्टाहेड्रल परिसर
एक ऑक्टाहेड्रल परिसर के सामान्य मामले पर विचार करें जहाँ छह लिगैंड्स केंद्रीय धातु आयन के चारों ओर सममित रूप से व्यवस्थित होते हैं।
ऑक्टाहेड्रल क्रिस्टल क्षेत्र में, d-ऑर्बिटल्स दो समूहों में विभाजित होते हैं:
- t 2g: इसमें d xy, d yz और d zx ऑर्बिटल्स शामिल होते हैं।
- e g: इसमें dx2 - y2 और dz2 ऑर्बिटल्स शामिल होते हैं।
यह अंतरक्रिया एक विशेष ऊर्जा अंतर को उत्पन्न करती है, जिसे ग्रीक अक्षर Δ द्वारा दर्शाया जाता है, जिसे आमतौर पर क्रिस्टल फ़ील्ड विभाजन ऊर्जा के रूप में जाना जाता है। ऑक्टाहेड्रल परिसरों में, Δ oct दो ऑर्बिटल्स के बीच ऊर्जा अंतर है।
ऊपर के चित्र में ऑक्टाहेड्रल क्षेत्र में d-ऑर्बिटल्स का विभाजन दिखाया गया है, जहाँ t 2g ऑर्बिटल्स की ऊर्जा e g ऑर्बिटल्स से कम होती है।
टेट्राहेड्रल परिसर
ऑक्टाहेड्रल परिसरों के विपरीत, टेट्राहेड्रल परिसरों में चार लिगैंड्स होते हैं जो धातु आयन के चारों ओर एक टेट्राहेड्रोन का रूपर्क बनाते हैं।
टेट्राहेड्रल समन्वयन के लिए, d-ऑर्बिटल्स निम्नलिखित अनुसार विभाजित होते हैं:
- e: d x 2 -y 2 और d z 2 ऑर्बिटल्स से बना।
- t 2: d xy, d yz, और d zx ऑर्बिटल्स का होता है।
यहाँ, इन ऑर्बिटल्स के बीच ऊर्जा अंतर, Δtet, ऑक्टाहेड्रल परिसरों में सामान्य रूप से पाए जाने वाले से छोटा होता है, क्योंकि लिगैंड्स की कम सममित व्यवस्था होती है।
ऑक्टाहेड्रल और टेट्राहेड्रल विभाजन के बीच के फर्क स्पष्ट हैं: ऑर्बिटल ऊर्जा के क्रम उलट जाते हैं, और टेट्राहेड्रल विभाजन छोटा होता है।
क्रिस्टल फील्ड विभाजन को प्रभावित करने वाले कारक
क्रिस्टल फील्ड विभाजन ऊर्जा (Δ) की सीमा कई कारकों से प्रभावित होती है:
धातु आयन की प्रकृति
धातु आयन का ऑक्सीकरण अवस्था और प्रमुख क्वांटम संख्या सीधे तौर पर Δ को प्रभावित करते हैं। उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएँ सामान्यतः Δ को बढ़ाती हैं, धातु आयन और लिगैंड के बीच विद्युत स्थैतिक अंतर्वीमा के कारण।
लिगैंड की प्रकृति
विभिन्न लिगैंड्स विभिन्न क्रिस्टल फ़ील्ड उत्पन्न करते हैं, जैसा कि "स्पेक्ट्रोकेमिकल शृंखला" द्वारा संक्षेपित है जो लिगैंड्स को उनके d-ऑर्बिटल्स को विभाजित करने की क्षमता के आधार पर आदेश में रखती है:
I - < Br - < S 2- < Cl - < F - < OH - < H 2 O < NH 3 < en < C 2 O 4 2- < CN - < CO
दाईं ओर के लिगैंड्स, जैसे CO या CN -, बाईं ओर के लिगैंड्स, जैसे I - या Br -, से अधिक विभाजन उत्पन्न करते हैं।
समूह ज्यामिति
जैसा कि चर्चा की गई है, ऑक्टाहेड्रल और टेट्राहेड्रल ज्यामित्रियां विभिन्न विभाजन पैटर्न और सीमाएँ उत्पन्न करती हैं। वर्गाकार तलवाले परिसरों का Δ मान ऑक्टाहेड्रल परिसरों से अधिक होता है असमानता में वृद्धि के कारण।
क्रिस्टल फील्ड थ्योरी के अनुप्रयोग और प्रभाव
क्रिस्टल फील्ड विभाजन को समझने से संक्रमण धातु परिसरों के कई गुणों को वर्णित करने में मदद मिलती है।
रंग
विभाजित d-ऑर्बिटल्स के बीच इलेक्ट्रॉनों के रूपांतरण से विशेष वेवलेंथ के प्रकाश का अवशोषण होता है। देखी गई रंग अवशोषित प्रकाश के पूरक रंग होता है। उदाहरण के लिए, एक परिसर जो लाल प्रकाश को अवशोषित करता है, हरा दिखाई देगा।
चुंबकत्व
विभाजित d-ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन व्यवस्था परिसरों के चुंबकीय व्यवहार को निर्धारित करती है। भरे t 2g ऑर्बिटल्स और खाली e g ऑर्बिटल्स डायमेग्नेटिक परिसरों को उत्पन्न करते हैं, जबकि अपूर्ण जुड़े इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिज्म को प्रभावित करते हैं।
स्थिरता
धातु परिसरों की स्थिरता विभाजन के आधार पर भविष्यवाणी की जा सकती है। बड़े Δ मान सामान्यतः अधिक स्थिरता दर्शाते हैं क्योंकि ऑर्बिटल्स के बीच इलेक्ट्रॉनों को खींचने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
निष्कर्ष
क्रिस्टल फील्ड थ्योरी संक्रमण धातु के परिसरों के व्यवहार की एक महत्वपूर्ण समझ प्रदान करती है। यह सिद्धांत लिगैंड व्यवस्था के प्रभावों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है और गुणों जैसे कि रंग, चुंबकत्व और स्थायित्व की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है। इसके अनुप्रयोग ऐसे क्षेत्रों जैसे उत्प्रेरक, सामग्री विज्ञान और जैवकार्बनिक रसायन विज्ञान में विस्तृत हैं, जो इसकी महत्व और आधुनिक रसायन विज्ञान में निरंतर प्रासंगिकता को उजागर करते हैं।
टिप्पणियाँ