色と磁性

遷移金属錯体は、これらの化合物による可視光の特定の波長の吸収に起因する、さまざまな異なる色を示します。

光は、電子を低いエネルギーレベルから高いエネルギーレベルに励起するために必要なエネルギーを持っているときに吸収されます。その結果、遷移金属錯体は一般に、錯体の結晶場分裂エネルギー(デルタ)に一致する光を吸収します。これは通常、可視光範囲にあります。

例えば、ヘキサフルオロコバルト(III)は赤色光を強く吸収しますが、緑色光の吸収は最小限であるため、緑色に見えます。

デルタ値が高いヘキサアンミンコバルト(III)は、高エネルギーの青色光を強く吸収しますが、黄色光の吸収は最小限です。したがって、ヘキサアンミンコバルト(III)は色が黄色に見えます。

ヘキサフルオロコバルテート(III)の小さなデルタの影響は、その色に限定されません。ヘキサフルオロコバルテート(III)のようにデルタが十分に低い場合、電子は単独で高エネルギー軌道を占有してから、低エネルギー軌道でペアになります。

ここで、デルタはスピン対エネルギー(同じ軌道内の電子間の静電反発力のエネルギー)に比べて小さくなります。そのため、電子がデルタを克服して高エネルギー軌道を占めることは、低エネルギー軌道で対になるスピン対エネルギーを克服するよりもエネルギー的に実現可能です。

対照的に、ヘキサアンミンコバルト(III)では、デルタはスピン対エネルギーよりも大きい。したがって、電子は低エネルギー軌道でペアになり、フントの法則から予想されるように、高エネルギー軌道は空になります。

この電子分布の違いの結果として、Co(III)イオンはヘキサフルオロコバルト(III)に4つの不対電子を持っていますが、ヘキサアンミンコバルト(III)には不対電子がゼロです。したがって、前者は高スピン錯体として分類され、後者は低スピン錯体として分類されます。

一般に、デルタの値が小さいと結合する弱磁場配位子は高スピン錯体を導き、デルタを高値で促進する強磁場配位子は低スピン錯体を形成します。

高スピン錯体と低スピン錯体は、非常に異なる磁気特性を示すことがあります。例えば、高スピンのヘキサフルオロコバルト(III)は、その不対電子のために磁石に引きつけられ、常磁性と呼ばれます。

一方、低スピンのヘキサアンミンコバルト(III)は磁石によってはじかれ、反磁性としてラベル付けされます。