Цвета и магнетизм

Комплексы переходных металлов обладают множеством разных цветов, что связано с поглощением этими соединениями определенных длин волн видимого света. Свет поглощается, когда у него есть энергия, необходимая для возбуждения электрона с более низкого энергетического уровня на более высокий. Следовательно, комплексы переходных металлов обычно поглощают свет, соответствующий энергии расщепления кристаллического поля или дельта комплекса, который обычно находится в диапазоне видимого света.

Например, гексафторокобальтат(III)интенсивно поглощает красный свет, но минимально поглощает зеленый в результате чего приобретает зеленый цвет. Гексаамминкобальт(III)имеющий более высокое дельта, сильно поглощает высокоэнергетичный синий свет, но минимально поглощает желтый. Соответственно, гексаамминкобальт(III)имеет желтый цвет.

Эффекты меньшего дельта гексафторокобальтата(III)ограничиваются его цветом. Когда дельта достаточно мало, как в гексафторкобальтате(III)электроны по отдельности занимают орбитали с более высокой энергией, а затем спариваются на орбиталях с более низкой энергией. Здесь дельта меньше по сравнению с энергией спин-спаривания энергией электростатического отталкивания между электронами на одной орбитали.

Таким образом, для электронов энергетически более возможно преодолеть дельта и занять высокоэнергетические орбитали, чем преодолеть энергию спаривания спинов для образования пары на низкоэнергетических орбиталях. Напротив, в гексаамминкобальте(III)дельта больше, чем энергия спаривания спинов. Соответственно, электроны спариваются на орбиталях с более низкой энергией, оставляя орбитали с более высокой энергией свободными, как и ожидалось из правила Хунда.

Вследствие этой разницы в распределении электронов ион Co(III)имеет четыре неспаренных электрона в гексафторкобальтате(III)а в гексаамминкобальте(III)у него ноль неспаренных электронов. Соответственно, первый классифицируется как высокоспиновый комплекс, а последний обозначен как низкоспиновый комплекс. В общем, лиганды слабого поля, которые связаны с небольшими значениями дельта, приводят к высокоспиновым комплексам, в то время как лиганды сильного поля, которые способствуют высоким значениям дельта, образуют низкоспиновые комплексы.

Высоко-и низкоспиновые комплексы могут иметь очень разные магнитные свойства. Например, высокоспиновый гексафторокобальтат(III)притягивается магнитом из-за его неспаренных электронов и называется парамагнитным. Между тем, низкоспиновый гексаамминкобальт(III)отталкивается магнитом и обозначается как диамагнитный.