Colori e magnetismo

I complessi di metalli di transizione mostrano una varietà di colori differenti, attribuiti all'assorbimento di specifiche lunghezze d'onda della luce visibile da parte di questi composti. La luce viene assorbita quando possiede l'energia necessaria per eccitare un elettrone da un livello di energia inferiore ad uno superiore. Pertanto, generalmente i complessi di metalli di transizione assorbono la luce che corrisponde all'energia di divisione del campo cristallino, o delta, del complesso, la quale si trova, tipicamente, nell'intervallo della luce visibile.

Per esempio, l'esafluorocobaltato(III)assorbe fortemente la luce rossa ma assorbe minimamente la luce verde, facendola apparire di colore verde. L'esamminecobalto(III)che ha un delta più alto, assorbe fortemente la luce blu ad alta energia, ma assorbe minimamente la luce gialla. Di conseguenza, l'esamminecobalto(III)appare di colore giallo.

Gli effetti del delta più piccolo dell'esafluorocobaltato(III)non sono limitati al suo colore. Quando il delta è sufficientemente basso, come nell'esafluorocobaltato(III)gli elettroni occupano singolarmente gli orbitali di maggiore energia prima di appaiarsi negli orbitali di energia inferiore. Qui, il delta è più piccolo rispetto all'energia di appaiamento di spin l'energia della repulsione elettrostatica fra gli elettroni all'interno dello stesso orbitale.

In quanto tale, è più fattibile energeticamente per gli elettroni superare il delta e occupare orbitali ad alta energia, piuttosto che superare l'energia di appaiamento di spin per appaiarsi negli orbitali a bassa energia. Al contrario, in esaamminecobalto(III)il delta è maggiore dell'energia di appaiamento di spin. Dunque, gli elettroni si appaiano negli orbitali a bassa energia, lasciando vuoti gli orbitali ad alta energia, come previsto dalla regola di Hund.

Come conseguenza di questa differenza nella distribuzione elettronica, mentre nell'esafluorocobaltato(III)lo ione Co(III)possiederà quattro elettroni spaiati, nell'esaamminecobalto(III)ne avrà zero di elettroni spaiati. Di conseguenza, il primo è classificato come complesso ad alto spin, e il secondo è definito come complesso a basso spin. In generale, i ligandi di campo debole, che sono associati a piccoli valori di delta, portano a complessi ad alto spin, mentre i ligandi di campo forte, che promuovono valori elevati di delta, formano complessi a basso spin.

I complessi ad alto e basso spin, possono mostrare proprietà magnetiche molto diverse. Per esempio, l'esafluorocobaltato(III)ad alto spin è attratto da un magnete a causa dei suoi elettroni spaiati, ed è chiamato paramagnetico. Nel frattempo, l'esamminecobalto(III)a basso spin viene respinto da un magnete ed etichettato come diamagnetico.