Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

10.1: Докази для електронних структур

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    32858

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

    У цьому розділі описані типи експериментальних даних, які дають нам підказки про електронну структуру координаційних комплексів (тобто молекулярних орбіталів, їх енергетичних рівнів та електронних конфігурацій). Типи експериментальних спостережень, розглянуті тут, були використані для генерації теорій зв'язку, які описані далі в цьому розділі.

    Вступ

    Прикордонні (валентні) електрони і орбіталі визначають хімічні та фізичні властивості будь-якої сполуки. У перехідних металах та їх координаційних сполуках цікавлять\(d\) орбіталі та\(d\) електрони. Таким чином,\(d\) орбіталі і електрони будуть в центрі уваги цієї глави.

    Однією з перших речей, які ви можете помітити про\(d\) валентні орбіталі, є порядок рівнів орбітальної енергії атомів та іонів у перехідних металах. Наприклад, у першому ряду перехідних металів орбітальна 4s заповнюється\(3d\) перед атомами. Це говорить про те,\(4s\) що в енергії нижче, ніж\(3d\) в цих атомах. Однак у іонів тих же елементів\(3d\) орбіталь зайнята, тоді як\(4s\) орбітальна порожня. Це говорить про протилежне, що\(3d\) орбіталь нижче за енергією, ніж\(4s\) у цих іонів. Зміна відносних енергетичних рівнів\(3d\) і\(4s\) орбіталів в атомах порівняно з іонами є результатом комбінованих ефектів екранування та проникнення, про що йшлося в попередньому розділі. Результатом є те, що 3d і 4s орбітальні енергетичні рівні досить близькі в енергії, що тонкі зміни в навколишньому середовищі можуть змінити порядок.

    clipboard_eb025be9ff3a7fb2bc533e9285fa33b4c.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): У ранньому періоді 4 періодичної таблиці рівень енергії\(4s\) орбіти нижче, ніж\(3d\) для атомів. Однак в іоні одних і тих же елементів менше за\(3d\) енергією, ніж\(4s\). (CC-BY-NC; Кріс Шаллер)

    Крім того, ви побачите, що як тільки атом оточений лігандами, п'ять\(d\) орбіталів більше не вироджуються. У координаційній сполуці, з лігандами, пов'язаними в певній геометрії,\(d\) орбіталі розщеплюються на дещо інші енергетичні рівні. Схема розщеплення залежить від того, де ліганди знаходяться в просторі; іншими словами, це залежить від координаційної геометрії. Схеми розщеплення для чотиригранної і восьмигранної геометрії наведені нижче. Зверніть увагу, що розщеплення змінюється між металами в чотиригранній координаційному середовищі порівняно з октаедричним середовищем.

    Рисунок\(\PageIndex{2}\): Розщеплення d орбіталів для (лівої) чотиригранної та (правої) восьмигранної геометрії ліганду. (CC-BY-NC; Кріс Шаллер)

    Коли орбіталі координаційної сполуки заповнені електронами, конфігурація електронів залежить від різниці енергій між нижчим і вищим енергетичними рівнями. Наприклад, з огляду на п'ять\(d\) електронів в октаедричному середовищі, існує дві можливі конфігурації електронів. Всі п'ять електронів можуть займати нижній рівень\(d\) орбіталей (рис. \(\PageIndex{3}\), зліва), щоб деякі електрони були парними. Інша можливість полягає в тому, що всі електрони будуть непарними, якщо вони заповнюють обидва рівня орбіталей d (рис. \(\PageIndex{3}\), праворуч).

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Дві можливі конфігурації електронів для п'яти електронів у восьмигранному полі ліганду. (CC-BY-NC; Кріс Шаллер)

    Ряд факторів визначають, які результати випадку, включаючи ідентичність іона металу та характер лігандів, що беруть участь. Ці різні замовлення на заповнення також мають наслідки. Магнітні властивості комплексу, його схильність до реакції та його оптичні властивості залежать від конфігурації цих прикордонних електронів.

    Цей розділ присвячений дослідженню природи зв'язку метал-ліганд та того, як геометрія та спосіб зв'язку впливають на властивості координаційних комплексів.