תורת שדה הקריסטל - קומפלקסים אוקטהדרלים

תאוריית שדה הגביש מתארת את המבנה האלקטרוני של תרכובות של מתכות מעבר, על פי אינטראקציות אלקטרוסטטיות בין יוני מתכת המעבר ומולקולות ליגנדות. התאוריה מסבירה תכונות מסוימות של קומפלקסים של מתכות מעבר כגון מגנטיות וצבע. האינטראקציות האלקטרוסטטיות בין מולקולות הליגנדות ויון המתכת בקומפלקסים של מתכות מעבר ממודלות על ידי אומדן של ליגנות כמטענים נקודתיים שליליים וחישוב השדה האלקטרוסטטי נטו, או שדה הגביש, בעקבות המטענים הללו.

את המבנה האלקטרוני של קומלקסי מתכת מעבר ניתן לתאר באמצעות בחינה של אפקט השדה המגנטי על האנרגיות של אורביטלי הערכיות של יון מתכת המעבר. לדוגמה, במודלים של התרכבות האוקטהדרלית הקסאמינקובאלט, כל ליגנדת אמין מוחלפת במטען נקודתי שלילי, מה שמוביל לשדה גבישי אוקטהדרלי. בהשפעתו של שדה זה, האנרגיות של חמשת אורביטלי d של יון Co(III)כבר לא אותו דבר.

כאן לאורביטלי dx²-y² ו-dz² יש אנרגיה גבוהה יותר מאשר לאורביטלי dxy, dyz ו-dxz. זה מיוחס לכיוון של אורביטלי d. האונות של אורביטלי dx²-y² ו-dz² מכוונות ישירות לעבר הליגנדות.

בהתאם לכך, האלקטרונים של האורביטלים הללו חווים דחייה חזקה יותר ממטעני הליגנדות. לאורביטלים בעלי האנרגיה הגבוהה יותר יש סימטריית e_g והם נקראים סט אורביטלי ה-e_g, בעוד שלאורביטלים בעלי האנרגיות הנמוכות יותר יש סימטריית t_2g והם מהווים את הסט סט אורביטלי t_2g. הפרש האנרגיה בן שני הסטים מוכר כאנרגיית פיצול של שדה הגביש, המיוצג על ידי הסמל Δoct.

העוצמה של Δoct תלויה באינטראקציה האלקטרוסטטית הכוללת בין יון המתכת למולקולות הליגנדים. חלק מהליגנדים, כגון קרבוניל, יוצרים שדה גביש חזק, המוביל לערך Δoct גדול. ליגנדות כאלה נקראות ליגנדות שדה חזק.

לעומת זאת, לליגנדות כמו יוד יש ערכים קטנים של Δoct והן מוכרות כליגנדות שדה חלש. יכולתן של ליגנדות להעלות ערכים של Δoct מתועדת בסדרה ספקטרוכימית. עלייה במטען של יון המתכת גורמת גם לעלייה באינטראקציה האלקטרוסטטית הכוללת בתוך הקומפלקס, ולכן מובילה לערך גבוה יותר של Δoct.