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結晶場理論は、遷移金属イオンと配位子分子との間の静電相互作用に基づいて、遷移金属錯体の電子構造を記述します。これは、磁性や色などの遷移金属錯体の特定の特性を説明するために使用されてきました。
遷移金属錯体中の配位子分子と金属イオンとの間の静電相互作用は、配位子を負の点電荷として近似し、これらの電荷による正味の静電場または結晶場を計算することによってモデル化されます。
次に、遷移金属錯体の電子構造は、遷移金属イオンの価電子軌道のエネルギーに対する結晶場の影響を調べることによって説明できます。
例えば、八面体錯体ヘキサアンミンコバルト(III)をモデル化すると、各アミン配位子は負の点電荷に置き換えられ、八面体結晶場が得られます。
この場の影響下では、Co(III)イオンの5d軌道のエネルギーはもはや同じではありません。
ここで、dx2−y2 軌道と dz2 軌道は、dxy、dyz、および dxz 軌道よりも高いエネルギーを持っています。これは、d軌道の向きに起因します。dx2−y2およびdz²軌道のローブは、配位子を直接指しているため、これらの軌道の電子は配位子電荷からのより強い反発を受けます。
高エネルギー軌道は e g 対称性を持ち、eg 軌道セットとして知られていますが、低エネルギー軌道は t2g 対称性を持ち、t2g 軌道セットを構成します。2つのセット間のエネルギー差は、結晶場分割エネルギーとして知られており、記号Δoctで表されます。
Δoctの大きさは、金属イオンと配位子分子との間の正味の静電相互作用に依存します。カルボニルなどの一部の配位子は強い結晶場を作り出し、その結果、Δoctの値が大きくなります。このような配位子は、強磁場配位子と呼ばれます。
対照的に、ヨウ化物などの配位子はΔoctの値が小さく、弱電界配位子として知られています。配位子がΔoctの値を増加させる能力は、分光化学シリーズにリストされています。
金属イオンの電荷の増加は、錯体内の正味の静電相互作用も増加させ、その結果、Δoctの値が高くなります。
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