Kolory i magnetyzm

Kompleksy metali przejściowych wykazują różnorodność kolorów, co przypisuje się absorpcji określonych długości fal światła widzialnego przez te związki.

Światło jest pochłaniane, gdy ma energię potrzebną do wzbudzenia elektronu z niższego poziomu energetycznego na wyższy. W związku z tym kompleksy metali przejściowych na ogół pochłaniają światło pasujące do energii rozszczepienia pola krystalicznego lub delta kompleksu, która zwykle znajduje się w zakresie światła widzialnego.

Na przykład heksafluorokobaltynian (III) silnie pochłania światło czerwone, ale minimalnie pochłania światło zielone, co powoduje, że wydaje się ono zielone.

Heksaamminokobalt(III), który ma wyższą deltę, silnie pochłania wysokoenergetyczne światło niebieskie, ale minimalnie pochłania światło żółte. W związku z tym heksaamminkobalt(III) ma kolor żółty.

Wpływ mniejszej delty heksafluorokobaltanu(III) nie ogranicza się do jego koloru. Gdy delta jest wystarczająco niska, jak w heksafluorokobaltynie(III), elektrony pojedynczo zajmują orbitale o wyższej energii, zanim połączą się w pary na orbitalach o niższej energii.

W tym przypadku delta jest mniejsza w porównaniu z energią parowania spinów – energią odpychania elektrostatycznego między elektronami na tej samej orbicie. W związku z tym jest bardziej energetycznie wykonalne, aby elektrony pokonały deltę i zajęły orbitale o wysokiej energii, niż pokonały energię parowania spinów, aby połączyć się w pary na orbitalach o niskiej energii.

Natomiast w heksaamminomnokobalcie(III) delta jest większa niż energia parowania spinów. W związku z tym elektrony łączą się w pary na orbitalach o niższej energii, pozostawiając orbitale o wyższej energii puste, zgodnie z oczekiwaniami wynikającymi z reguły Hunda.

W wyniku tej różnicy w rozkładzie elektronowym, podczas gdy jon Co(III) ma cztery niesparowane elektrony w heksafluorokobaltonie(III), ma zero niesparowanych elektronów w heksaamminokobalcie(III). W związku z tym pierwszy z nich jest klasyfikowany jako kompleks o wysokim spinie, a drugi jako kompleks o niskim spinie.

Ogólnie rzecz biorąc, ligandy słabego pola, które są związane z małymi wartościami delta, prowadzą do kompleksów o wysokim spinie, podczas gdy ligandy silnego pola, które promują wysokie wartości delta, tworzą kompleksy o niskim spinie.

Kompleksy wysokospinowe i niskospinowe mogą wykazywać bardzo różne właściwości magnetyczne. Na przykład heksafluorokobaltynian (III) o wysokim spinie jest przyciągany przez magnes ze względu na niesparowane elektrony i nazywa się go paramagnetycznym.

Tymczasem niskospinowy heksaamminowobalt(III) jest odpychany przez magnes i oznaczany jako diamagnetyczny.