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20.10: 颜色和磁性
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颜色和磁性
 
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20.10: 颜色和磁性

协调复合体中的颜色

当原子或分子以适当的频率吸收光时,它们的电子就会对高能轨道感到兴奋。对于许多主要组原子和分子,被吸收的光子处于电磁光谱的紫外线范围内,而人眼无法探测到这些光子。对于协调化合物 ,d 轨道之间的能量差异通常允许在可见范围内的光子被吸收和发射,这被人眼视为颜色。

Image1

图1.可见光和吸收的电磁光谱。

电子在轨道之间转换的相对能量的微小变化可能导致吸收的光的颜色发生剧烈变化。因此,协调化合物的颜色取决于许多因素,如:

•不同的金属离子可以有不同的颜色。
•一种金属的不同氧化状态可以产生不同的颜色。
• 与金属中心协调的特定配体会影响协调复合物的颜色。例如,铁(II)复合物 [Fe(H2O)6]SO4 显示为蓝绿色,因为高旋转复合物吸收红色波长的光子。相比之下,低旋转铁(II)复合K4[Fe(CN)6]显得淡黄色,因为它吸收高能紫罗兰光子。

一般来说,强场配体会导致中央金属原子(大Δ)的 d 轨道能量大分裂。与这些配体的过渡金属协调化合物是黄色、橙色或红色,因为它们吸收高能量紫罗兰色或蓝光。

另一方面,与弱场配体的过渡金属的协调化合物通常是蓝绿色、蓝色或蓝绿色,因为它们吸收低能量的黄色、橙色或红灯。分裂 d 轨道的配体强度列在 光谱化学系列中。在这里,配体写在晶体场分裂能量(Δ)的增值。

Image2

图2.光谱化学系列。

例如,Cu+离子的协调复合体具有 d 10配置,并且所有eg轨道都已填充。为了激发电子到更高的水平,如4p轨道,非常高能量的光子是必要的。这种能量对应于光谱紫外线区域的极短波长。没有可见光被吸收,所以眼睛看不到任何变化,化合物看起来是白色或无色的。例如,包含 [Cu(CN)2]解决方案是无色的。另一方面,八角形Cu2+复合物在eg轨道中存在一个空位,电子可以兴奋到这个水平。被吸收的光的波长(能量)对应于光谱的可见部分,Cu2+复合物几乎总是彩色的——蓝色、蓝绿色紫罗兰色或黄色。

协调复合体中的磁性

磁测量的实验证据支持高低旋转复合物的理论。O2等含有未配制电子的分子是抛物线。准磁物质被磁场所吸引。许多过渡金属复合物具有未匹配的电子,因此是抛物线。不含未匹配电子的N2Na+和[Fe(CN)6+4]分子是诊断的。诊断物质有被磁场排斥的轻微倾向。

Image3

图3.d4、d5、d6d7系统处于高低旋转状态的八角形复合体轨道图。对于d1、d 2、d3、d 5、d 8、d9和 d10系统,无法进行此区分。

当原子或离子中的电子未匹配时,由于其自旋而形成的磁时刻使整个原子或离子准磁化。包含未修补电子的系统的磁矩大小与此类电子的数量直接相关:未选装电子的数量越大,磁力矩越大。因此,观测到的磁力矩用于确定未对流电子的数量。低旋转d6 [Fe( CN)6=4]的测量磁性时刻确认铁是诊断性的,而高旋转d6 [Fe(H2 O)6= 2+有四个未匹配的电子,磁矩确认此排列(图 2)。

本文改编自 Openstax,化学 2e,第 19.3 节:协调化合物的光谱和磁性特性。

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