Théorie du champ cristallin - complexes octaédriques

La théorie des champs cristallins décrit la structure électronique de complexes de métaux de transition à base sur les interactions électrostatiques entre les ions métalliques de transition et les molécules de ligand. Il a été utilisé pour expliquer certaines propriétés des complexes de métaux de transition tels que le magnétisme et la couleur. Les interactions électrostatiques entre les molécules de ligand et les ions métalliques dans un complexe de métal de transition sont modélisés en rapprochant les ligands comme charge point négatif et calcul du champ électrostatique net, ou terrain cristal, en raison de ces charges.

La structure électronique du complexe de métaux de transition peut ensuite être décrit en examinant l'effet du champ cristallin sur les énergies des orbitales de valence de l'ion métallique de transition. Par exemple, lors de la modélisation du complexe octaédrique hexaamminecobalt chaque ligand amine est remplacé par une charge ponctuelle négative, résultant en un champ cristallin octaédrique. Sous l'influence de ce champ, les énergies des cinq orbitales d de l'ion Co ne sont plus les mêmes.

Ici, les orbitales dx² y² et dz² ont une énergie plus élevée que les orbitales dxy, dyz et dxz. Ceci est attribué à l'orientation des orbitales d. Les lobes des orbitales dx² y² et dz² pointent directement vers les ligands, en conséquence, les électrons de ces orbitales subissent une répulsion plus forte que les charges de ligand.

Les orbitales d'énergie supérieure ont une symétrie e_g, et sont connus comme l'ensemble e_g des orbitales, tandis que les orbitales d'énergie inférieure ont une symétrie t_2g et constituent l'ensemble des orbitales t_2g. La différence d'énergie entre les deux ensembles est connue comme l'énergie de division du champ cristallin, représenté par le symbole Δoct. L'amplitude de Δoct dépend de l'interaction électrostatique nette entre l'ion métallique et les molécules de ligand.

Certains ligands tels que le carbonyle créent un champ cristallin fort, résultant en une grande valeur de Δoct. Ces ligands sont appelés ligands à champ fort. En revanche, les ligands tels que l'iodure présentent de petites valeurs de Δoct et sont connus sous le nom de ligands à champ faible.

La capacité des ligands à provoquer des valeurs croissantes de Δoct est listé dans la série spectrochimique. L'augmentation de la charge sur l'ion métallique augmente également l'interaction électrostatique nette au sein du complexe, résultant ainsi en une valeur plus élevée de Δoct.