Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Неорганическая химия → Координационная химия ↓


Теория кристаллического поля


Введение

Теория кристаллического поля (CFT) — это модель, описывающая электронную структуру комплексов переходных металлов. Эта теория была разработана для понимания поведения, цвета, магнетизма и даже стабильности комплексов металлов. В CFT учитывается влияние поля, создаваемого окружающими лигандами, на d-орбитали переходного металла, что позволяет предсказать свойства комплекса.

Основы теории кристаллического поля

Основа CFT заключается в том, что лиганд рассматривается как точечный заряд (особенно применимо в ионных комплексах, таких как [Ti(H 2 O) 6 ] 3+), создающий электрическое поле, воздействующее на d-орбитали иона металла. Когда лиганды приближаются к центральному атому металла, они взаимодействуют с его d-электронами, вызывая смещение уровней энергии. Это приводит к расщеплению d-орбиталей на различные энергетические уровни.

Распад d-орбиталей

В изолированном атоме металла энергетические уровни пяти d-орбиталей одинаковы (вырожденные). Однако из-за присутствия лигандов эти орбитали расщепляются на разные энергетические уровни. Шаблон и степень этого расщепления зависят от природы лиганда и геометрии расположения лиганда.

Октаэдрический комплекс

Рассмотрим общий случай октаэдрического комплекса, где шесть лигандов симметрично расположены вокруг центрального иона металла.

В октаэдрической кристаллической области d-орбитали расщепляются на две группы:

  • t 2g: Содержит d xy, d yz и d zx орбитали.
  • e g: Включает орбитали d x2 - y2 и d z2.

Это взаимодействие приводит к характерной разнице в энергии, обычно обозначаемой греческой буквой Δ, которую часто называют энергией расщепления кристаллического поля. В октаэдрических комплексах Δ oct — это разница в энергии между двумя орбиталями.

2 орбитали (e g) 3 орбитали (t 2g) Δ oct

На приведенной выше схеме показано расщепление d-орбиталей в октаэдрическом поле, где орбитали t 2g имеют более низкую энергию, чем орбитали e g.

Тетраэдрический комплекс

В отличие от октаэдрических комплексов, тетраэдрические комплексы включают четыре лиганда, расположенные вокруг иона металла для образования тетраэдра.

Для тетраэдрической координации d-орбитали расщепляются следующим образом:

  • e: Состоит из орбиталей d x2 - y2 и d z2.
  • t 2: Состоит из орбиталей d xy, d yz и d zx.

Здесь разрыв в энергии между этими орбиталями, Δtet, меньше, чем обычно наблюдается в октаэдрических комплексах, из-за менее симметричного расположения лигандов.

3 орбитали (t 2) 2 орбитали (e) Δ tet

Разница между октаэдрическим и тетраэдрическим расщеплением ясна: порядок энергий орбиталей обратный, а тетраэдрическое расщепление меньше.

Факторы, влияющие на расщепление кристаллического поля

Величина энергии расщепления кристаллического поля (Δ) зависит от нескольких факторов:

Природа иона металла

Степень окисления и главное квантовое число иона металла непосредственно влияют на Δ. Более высокие степени окисления обычно увеличивают Δ из-за увеличения электростатического взаимодействия между ионом металла и лигандом.

Природа лиганда

Разные лиганды создают разные кристаллические поля, что обобщается в "спектрохимическом ряду", который упорядочивает лиганды по их способности расщеплять d-орбитали: 

I - < Br - < S 2- < Cl - < F - < OH - < H 2 O < NH 3 < en < C 2 O 4 2- < CN - < CO
Лиганды справа, такие как CO или CN -, вызывают большее расщепление, чем лиганды слева, такие как I - или Br -.

Геометрия комплекса

Как обсуждалось, октаэдрическая и тетраэдрическая геометрии приводят к различным паттернам и величинам расщепления. Квадратные планарные комплексы демонстрируют более высокие Δ значения, чем октаэдрические комплексы, из-за увеличенной асимметрии.

Применения и последствия теории кристаллического поля

Понимание расщепления кристаллического поля помогает объяснить многие свойства комплексов переходных металлов.

Цвет

Переходы электронов между расщепленными d-орбиталями приводят к поглощению определенных длин волн света. Видимый цвет является дополнительным цветом к поглощенному свету. Например, комплекс, поглощающий красный свет, будет выглядеть зеленым.

Магнетизм

Электронное расположение в расщепленных d-орбиталях определяет магнитное поведение комплексов. Заполненные орбитали t 2g и пустые орбитали e g приводят к диамагнитным комплексам, тогда как неспаренные электроны вызывают парамагнетизм.

Стабильность

Стабильность комплексов металлов можно предсказать на основе расщепление кристаллического поля. Большие значения Δ обычно указывают на большую стабильность из-за высокой энергии, необходимой для перемещения электронов между орбиталями.

Заключение

Теория кристаллического поля предоставляет важное понимание поведения комплексов переходных металлов. Эта теория дает представление о воздействиях расположения лигандов и позволяет прогнозировать такие свойства, как цвет, магнетизм и стабильность. Ее применения распространяются на такие области, как катализ, материаловедение и биоорганическая химия, подчеркивая ее важность и актуальность в современной химии.


Магистрант → 3.1.1


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (3.1)
Координационная химия
Следующий (3.1.2) →
Теория поля лигандов

Комментарии 



Теория кристаллического поля

https://www.chemistryelite.com/g/3.1.1?ceal=ru