Name: crystal field splitting in non-octahedral shapes
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 46 s
Channel: JoVE

يمكن استخدام نظرية المجال البلوري لتمثيل معقّدات الفلزات الانتقالية رباعية السطوح،ومربعةالمستوى،بصورة مماثلة لتطبيق تلك النظرية في المعقّدات ثمانية السطوح. على سبيل المثال،لتمثيل الأيون رباعي السطوح تتراكلورونيكلت(III)تُستبدل كل ربيطة كلوريد بنقطة ذات شحنة سالبة،مما يتسبب بمجال بلوري رباعي السطوح. نتيجة تأثير هذا المجال،تكون طاقة مدارات dxy،و dyz،و dxz أعلى من طاقة مدارات dx²،و dy²،و dz².يُعزى هذا إلى التفاعل الأقوى بين المجال البلوري رباعي السطوح وبين مدارات dxy،و dyz،و dxz. تمتلك المدارات ذات الطاقة الأعلى،تناظر t2،ويُشار إليها بمجموعة t2،بينما تمتلك المدارات ذات الطاقة الأدنى تناظر e،وتشكل مجموعة e. مقارنة بانقسام مدارات d في المعقّدات ثمانيةالسطوح،تكون الطاقات النسبية في مدارات المعقّدات رباعيةالسطوح مقلوبة،وتكون طاقة تقسيم المجال البلوري،أو دلتا tet أقل.في المعقّدات مربعة المستوي،مثل أيون تتراسيانونيكيليت(II)تقع جميع الربيطات في المستوى xy. في هذا المثال،نحصل على مجال بلوري باستبدال ربيطات السيانيد بنقاط ذات شحنات سالبة. تحت تأثير هذا المجال،تنقسم مدارات d في الأيون الفلزي إلى أربع مستويات مختلفة من الطاقة.مدار dx²-y² هنا هو الأعلى من حيث الطاقة،وفيه دوائر متجهة صوب شحنات الربيطة مباشرة. يأتي مدار dxy في الترتيب الثاني،من حيث الطاقة،بوجود دوائر في نفس مستوى شحنات الربيطة. مدار dz² يمتلك كمية أقل من الطاقة،ويُعزى ذلك إلى تداخل صغير بين مدار dz² والمجال البلوري في مستوى xy.مجموعة المدارات الأقل من حيث الطاقة dxz و dyz،يحدث فيها تفاعل ضئيل نسبيًا مع المجال البلوري. تُعرّف طاقة تقسيم المجال البلوري في المعقّدات مربعة المستوى،أو دلتا sp على أنها فرق الطاقة بين المدار ذو الطاقة الأعلى،dx²-y²،وبين المدارات ذوات الطاقة الأدنى،dyz و dxz. بافتراض،وجود الأيون الفلزي ذاته وجزيئات الربيطة ذاتها في كل المعقّدات،تكون نسبة tetΔ،و spΔ،و octΔ تساوي 0.44،1.7،1.

نظرية المجال البلوري - المجمعات الرباعية السطوح والمربعة المستوية

Crystal Field Theory - Tetrahedral and Square Planar Complexes

المجمعات الرباعية السطوح تنطبق نظرية المجال البلوري (CFT) على الجزيئات في الأشكال الهندسية بخلاف ثماني السطوح. في المجمعات الثمانية السطوح، فإن فصوص dx2−y2 ومدارات dz2 تشير مباشرة إلى الروابط. بالنسبة للمجمعات رباعية السطوح، تظل المدارات d في مكانها، ولكن مع وجود أربعة روابط ترابطية فقط تقع بين المحاور. لا يشير أي من المدارات مباشرة إلى روابط رباعية السطوح. ومع ذلك، فإن مدارات dx2−y2 and dz2 (على طول المحاور الديكارتية) تتداخل مع الروابط الأقل من مدارات dxy, dxz, and dyz. عن طريق القياس مع مخطط ثماني السطوح، يمكن التنبؤ بمخطط الطاقة لمدارات d في مجال بلوري رباعي السطوح كما هو موضح في الشكل 1. ولتجنب الارتباك، يمكن التنبؤ بالمخطط الثماني السطوح eg تصبح المجموعة مجموعة رباعي سطوح e ، وتصبح مجموعة ثماني السطوح t2g مجموعة t2 .<img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11462/11462_Image_1.png" style="text-align: center; height: 350px;" /> الشكل 1. انقسام المدارات d لأيون المعدن تحت الحقول البلورية ثماني السطوح ورباعية السطوح. بالمقارنة مع المجال البلوري ثماني السطوح، فإن نمط الانقسام في المجال البلوري رباعي السطوح مقلوب. تعد طاقة تقسيم المجال البلوري لمجمع ثماني السطوح، أو Δأوكت، أكبر من طاقة تقسيم المجال البلوري لمركب رباعي السطوح، Δتيت . نظرًا لأن نظرية المجال البلوري CFT تعتمد على التنافر الإلكتروستاتيكي، فإن المدارات الأقرب إلى الروابط سوف تتزعزع وترتفع في الطاقة بالنسبة لمجموعة المدارات الأخرى. يكون الانقسام أقل من معقدات الثمانية السطوح لأن التداخل أقل، وبالتالي فإن طاقة تقسيم المجال البلوري، أو Δتيت عادة ما تكون صغيرة. مجمعات مستوية مربعة الهندسة الشائعة الأخرى هي الشكل المستوي المربع. من الممكن اعتبار هندسة مستوية مربعة كهيكل ثماني السطوح مع إزالة زوج من الروابط ترانس. من المفترض أن تكون الروابط التي تمت إزالتها في المحور z. يغير هذا توزيع مدارات d، حيث تصبح المدارات الموجودة على أو بالقرب من z-محور أكثر استقرارًا، وتلك الموجودة على أو بالقرب من x- أو y-محور أقل استقرارًا. ينتج عن هذا الثماني السطوح t2g ومجموعات eg تعطي نمط تقسيم أكثر تعقيدًا (الشكل 2). <img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11462/11462_Image_2.png" style="text-align: center; height: 350px;" /> الشكل 2. تقسيم مجموعة t2g و مجموعة eg من المدارات في حقل بلوري مربع مستو. طاقة فصل المجال البلوري للمجمعات المستوية المربعة، أو Δsp، أكبر من Δoct.هذا النص مقتبس من <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-3-spectroscopic-and-magnetic-properties-of-coordination-compounds">Openstax, Chemistry 2e, Section 19.3: </a><a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-3-spectroscopic-and-magnetic-properties-of-coordination-compounds">S</a><a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-3-spectroscopic-and-magnetic-properties-of-coordination-compounds">pectroscopic and Magnetic Properties of Coordination Compounds</a>.

المجمعات رباعية السطوح 
تنطبق نظرية المجال البلوري (CFT) على الجزيئات في الأشكال الهندسية غير ثماني السطوح. في المجمعات ثماني السطوح ، فصوص ...

crystal-field-theory-tetrahedral-and-square-planar-complexes

Education

JoVE Core

Chemistry

الكيمياء

واحد

Transition Metals and Coordination Complexes

الفلزات الانتقالية والمعقدات التناسقية

transition-metals-and-coordination-complexes

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

crystal field splitting in non-octahedral shapes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways.

In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d orbital energy diagram is therefore split in the opposite way from the octahedral case. The octahedral e g set becomes a tetrahedral e set, and the octahedral t 2 g set becomes a t 2 set. The splitting energy, called Δ tet, is usually small because the overlap is less than in octahedral complexes.

Square planar complexes can be viewed as octahedral structures with a pair of trans ligands removed. The removed ligands are assumed to be on the z-axis. This changes d orbital stability. Orbitals on or near the z-axis become more stable, while orbitals on or near the x- or y-axes become less stable. The octahedral t 2 g and e g sets split into a more complex pattern, and the crystal field splitting energy, Δ sp, is larger than Δ oct.

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

crystal-field-splitting-in-non-octahedral-shapes

properties of transition metals

Transition Metals in the Periodic Table

Transition metals are the d-block elements and the inner transition metals in the f-block. They are defined by partially filled d orbitals. In the periodic table, the transition elements are in groups 3 through 11, and the inner transition metals appear in the two rows below the main body of the table. The d-block is often grouped into transition series. The first transition series runs from Sc through Cu. The second series runs from Y through Ag. The third series includes La and Hf through...

coordination compounds and nomenclature

How Transition Metal Complexes Are Named

Transition metal complexes are named by following rules for ligands, metal ions, and oxidation state. These compounds form when a central metal ion or atom, often a transition metal or inner transition metal, accepts electron pairs from ligands. A ligand is a Lewis base that can be an atom, molecule, or ion with one or more lone pairs to donate. In these complexes, the bond is a coordinate covalent bond. That means both electrons in the bond come from the donor, such as ammonia, and are...

metal-ligand bonds

Coordination Complexes and Chelation

Coordination complexes form when a metal ion bonds to ligands. These compounds appear in familiar examples such as hemoglobin in blood, chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used to make polyethylene. Transition metal ions are especially likely to form these complexes. In a coordination complex, the metal acts as a Lewis acid. The ligand acts as a Lewis base and donates both electrons in the coordinate covalent bond. A ligand can be an atom, molecule, or ion, as long as...

coordination number and geometry

Transition Metal Shapes from Coordination Number

Transition metal complexes are often identified by their coordination number and the shape around the metal ion. The coordination number is the number of donor atoms bonded to the central metal. In many complexes, the most common shapes are octahedral, tetrahedral, and square planar. Coordination number and molecular geometry are linked in a clear pattern. A coordination number of 2 gives a linear shape, as in [Ag(NH3)2]+. A coordination number of 3 gives a trigonal planar shape, as in...

structural isomerism

Linkage and Ionization Isomers

Isomers are different chemical species that share the same chemical formula. In coordination compounds, structural isomerism includes linkage isomers and coordination-sphere isomers. These two forms show how the same atoms can be arranged in different ways around a metal center. Linkage isomers form when a ligand can attach to a transition metal through two different atoms. The cyanide ligand, CN−, can bind through carbon or nitrogen. The thiocyanate ligand, SCN−, can bind through sulfur or...

stereoisomerism

Isomer Shapes in Coordination Complexes

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ. One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion...

valence bond theory

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds. The type of hybridization helps determine the...

crystal field theory - octahedral complexes

crystal-field-theory-octahedral-complexes

Octahedral d-Orbital Splitting in Crystal Fields

Crystal field theory explains how ligands affect the d orbitals in transition metal complexes. This electrostatic model helps predict the colors, magnetic behavior, and some structures of coordination compounds. It focuses on the nonbonding electrons on the central metal ion, not on the metal-ligand bonds. In crystal field theory, the metal ion and ligands are treated as very small point charges. Because electrons are negative, electrons donated by the ligands repel the electrons in the...

crystal field theory - tetrahedral and square planar complexes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways. In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d...

colors and magnetism

Color and Spin in Coordination Complexes

Color in coordination complexes comes from how metal electrons absorb light. When atoms or molecules absorb light at the right frequency, electrons move to higher-energy orbitals. For many main-group atoms and molecules, the absorbed light is ultraviolet and cannot be seen. In coordination compounds, the energy gap between d orbitals often matches visible light, so the compound can absorb and emit colors that the human eye detects. Small changes in orbital energy can cause large shifts in the...

key terms and concepts

Explore how crystal field theory explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes, including inverted splitting and larger square planar splitting.

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

Description

Transcript

Tags