Kleuren en magnetisme

Overgangsmetaalcomplexen vertonen een verscheidenheid aan verschillende kleuren, toegeschreven aan de absorptie van specifieke golflengten van zichtbaar licht door deze verbindingen. Licht wordt geabsorbeerd wanneer het de benodigde energie heeft om een elektron van een lager energieniveau naar een hoger te prikkelen. Dientengevolge absorberen overgangsmetaalcomplexen in het algemeen licht dat overeenkomt met de splitsingsenergie van het kristalveld, of delta, van het complex, dat typisch in het bereik van zichtbaar licht ligt.

Hexafluorkobaltaat(III)absorbeert bijvoorbeeld sterk rood licht, maar absorbeert minimaal groen licht, waardoor het groen van kleur lijkt. Hexaamminekobalt(III)dat een hogere delta heeft, absorbeert sterk blauw licht met hoge energie, maar absorbeert minimaal geel licht. Dienovereenkomstig lijkt hexaamminekobalt(III)geel van kleur.

De effecten van de kleinere delta van hexafluorkobaltaat(III)zijn niet beperkt tot de kleur. Wanneer de delta laag genoeg is, zoals in hexafluorkobaltaat(III)bezetten elektronen afzonderlijk de hoger-energetische orbitalen voordat ze paren in de lager-energetische orbitalen. Hier is delta kleiner in vergelijking met de energie van spin-pairing de energie van de elektrostatische afstoting tussen elektronen in dezelfde baan.

Als zodanig is het energetisch meer haalbaar voor elektronen om delta te overwinnen en hoogenergetische orbitalen te bezetten dan om de spin-pairing-energie te overwinnen om in de laagenergetische orbitalen te paren. Daarentegen is in hexaamminekobalt(III)de delta groter dan de spin-pairing-energie. Dienovereenkomstig paren elektronen in de orbitalen met lagere energie, waardoor de orbitalen met hogere energie leeg blijven, zoals verwacht op basis van de regel van Hund.

Als gevolg van dit verschil in elektronische distributie, terwijl het Co(III)ion vier ongepaarde elektronen heeft in hexafluorkobaltaat(III)heeft het nul ongepaarde elektronen in hexaamminekobalt(III)Dienovereenkomstig wordt het eerste geclassificeerd als een hoge-spin-complex en wordt het tweede als een lage-spin-complex bestempeld. Over het algemeen leiden liganden met een zwak veld, die worden geassocieerd met kleine waarden van delta, tot complexen met hoge spin, terwijl liganden met een sterk veld, die hoge waarden van delta bevorderen, complexen met lage spin vormen. Complexen met hoge spin en lage spin kunnen zeer verschillende magnetische eigenschappen vertonen.

Het hexafluorkobaltaat(III)met hoge spin wordt bijvoorbeeld aangetrokken door een magneet vanwege zijn ongepaarde elektronen en wordt paramagnetisch genoemd. Ondertussen wordt het lage-spin hexaamminekobalt(III)afgestoten door een magneet en bestempeld als diamagnetisch.