Farben und Magnetismus

Übergangsmetallkomplexe weisen eine Vielzahl unterschiedlicher Farben auf, die auf die Absorption bestimmter Wellenlängen des sichtbaren Lichts durch diese Verbindungen zurückzuführen sind.

Licht wird absorbiert, wenn es die benötigte Energie hat, um ein Elektron von einem niedrigeren Energieniveau auf ein höheres anzuregen. Folglich absorbieren Übergangsmetallkomplexe im Allgemeinen Licht, das der Kristallfeldspaltungsenergie oder dem Delta des Komplexes entspricht, die typischerweise im Bereich des sichtbaren Lichts liegt.

Zum Beispiel absorbiert Hexafluorogobaltat(III) rotes Licht stark, absorbiert aber nur minimal grünes Licht, was dazu führt, dass es grün erscheint.

Hexaammincobalt(III), das ein höheres Delta aufweist, absorbiert hochenergetisches blaues Licht stark, aber nur minimal gelbes Licht. Dementsprechend erscheint Hexaammincobalt(III) gelb

.

Die Wirkung des kleineren Deltas von Hexafluorcoobaltat(III) beschränkt sich nicht nur auf seine Farbe. Wenn das Delta niedrig genug ist, wie bei Hexafluorokobaltat(III), besetzen Elektronen einzeln die Orbitale mit höherer Energie, bevor sie sich in den Orbitalen mit niedrigerer Energie paaren.

Hier ist das Delta kleiner als die Spinpaarungsenergie – die Energie der elektrostatischen Abstoßung zwischen Elektronen im selben Orbital. Daher ist es für Elektronen energetisch machbarer, Delta zu überwinden und hochenergetische Orbitale zu besetzen, als die Spinpaarungsenergie zu überwinden, um in den niederenergetischen Orbitalen zu paaren.

Im Gegensatz dazu ist in Hexaammincobalt(III) das Delta größer als die Spinpaarungsenergie. Dementsprechend paaren sich Elektronen in den Orbitalen mit niedrigerer Energie, so dass die Orbitale mit höherer Energie frei bleiben, wie es die Hundsche Regel erwartet.

Als Folge dieses Unterschieds in der elektronischen Verteilung hat das Co(III)-Ion vier ungepaarte Elektronen in Hexafluorcobalt(III), während es in Hexaammincobalt(III) keine ungepaarten Elektronen hat. Dementsprechend wird ersterer als High-Spin-Komplex und letzterer als Low-Spin-Komplex bezeichnet.

Im Allgemeinen führen Schwachfeldliganden, die mit kleinen Delta-Werten assoziiert sind, zu High-Spin-Komplexen, während Starkfeld-Liganden, die hohe Delta-Werte fördern, Low-Spin-Komplexe bilden.

High-Spin- und Low-Spin-Komplexe können sehr unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. So wird beispielsweise das hochspinnige Hexafluorokobaltat(III) aufgrund seiner ungepaarten Elektronen von einem Magneten angezogen und als paramagnetisch bezeichnet.

Währenddessen wird das Low-Spin-Hexaammincobalt(III) von einem Magneten abgestoßen und als diamagnetisch bezeichnet.