MolDraw › Herramientas de química › Diagrama de desdoblamiento del campo cristalino
Diagrama de desdoblamiento del campo cristalino (EECC y estado de espín)
En resumen: herramienta de diagramas de desdoblamiento del campo cristalino para complejos octaédricos, tetraédricos, planos cuadrados, de bipirámide trigonal y de pirámide cuadrada. Calcula el número de electrones d, llena t2g y eg (o e y t2) para alto o bajo espín, y da la EECC con la energía de apareamiento, los electrones desapareados, el momento magnético de solo espín, una indicación de Jahn-Teller y una nota sobre el color. Es gratuita, funciona en tu navegador y no requiere descargas.
Elige el ion metálico, la geometría y los ligandos. El diagrama muestra el nivel d del ion libre, los orbitales d desdoblados con sus etiquetas y los electrones como flechas. El resultado explica el estado de espín con la regla de Δ frente a la energía de apareamiento.
Ejemplos
Los niveles inferiores son de color verde azulado y los superiores rojos. Las energías se dibujan aproximadamente a escala en torno al baricentro (la energía media de los cinco orbitales d); los niveles muy próximos se separan para que sigan siendo legibles. Los valores de Δ son experimentales cuando se conocen y, si no, estimaciones aproximadas.
Cómo usar el diagrama del campo cristalino
- Elige el Metal y su Estado de oxidación. La herramienta calcula el número de electrones d: dⁿ = número de grupo − estado de oxidación (Fe²⁺: 8 − 2 = d⁶).
- Elige la Geometría y el Ligando. Para complejos mixtos como [Co(NH₃)₅Cl]²⁺, añade un Segundo ligando e indica Cuántos.
- Deja Estado de espín en Automático para aplicar la regla de Δ frente a la energía de apareamiento, o fija tú mismo alto o bajo espín.
- Lee la configuración, la EECC, los electrones desapareados, el momento magnético, la indicación de Jahn-Teller y la nota sobre el color. Guarda el diagrama con Descargar SVG o Descargar PNG.
La teoría del campo cristalino en resumen
En un ion metálico libre, los cinco orbitales d tienen la misma energía. Los ligandos que se acercan al metal repelen a los electrones d. Los orbitales que apuntan hacia los ligandos suben de energía y los demás bajan, mientras que la energía media (el baricentro) se mantiene. La diferencia de energía es el desdoblamiento del campo cristalino, Δ.
Patrones de desdoblamiento
| Geometría | Conjunto inferior | Conjunto superior | Energías |
|---|---|---|---|
| Octaédrico | t2g (dxy, dxz, dyz) | eg (dz², dx²−y²) | t2g −0,4Δo, eg +0,6Δo (Δo = 10 Dq) |
| Tetraédrico | e (dz², dx²−y²) | t2 (dxy, dxz, dyz) | e −0,6Δt, t2 +0,4Δt, Δt ≈ 4/9 Δo |
| Plano cuadrado | dxz, dyz < dz² < dxy | dx²−y² (el más alto) | −5,14, −4,28, +2,28, +12,28 Dq |
| Bipirámide trigonal | e″ (dxz, dyz) < e′ (dxy, dx²−y²) | a1′ (dz²) | −2,72, −0,82, +7,07 Dq |
| Pirámide cuadrada | e (dxz, dyz) < b2 (dxy) < a1 (dz²) | b1 (dx²−y²) | −4,57, −0,86, +0,86, +9,14 Dq |
Serie espectroquímica
I⁻ < Br⁻ < SCN⁻ < Cl⁻ < F⁻ < OH⁻ < C₂O₄²⁻ < H₂O < NCS⁻ < py < NH₃ < en < bipy < phen < NO₂⁻ < PPh₃ < CN⁻ < CO. Los ligandos de la izquierda son de campo débil (Δ pequeño); los de la derecha, de campo fuerte (Δ grande). Δ también aumenta con la carga del metal (M³⁺ > M²⁺) y al bajar en un grupo (5d > 4d > 3d).
Alto espín o bajo espín
Para d⁴ a d⁷ octaédricos, compara Δo con la energía de apareamiento P. Si Δo < P, los electrones se reparten primero: alto espín. Si Δo > P, se aparean en t2g: bajo espín. Los complejos tetraédricos son siempre de alto espín porque Δt es pequeño. Los metales 4d y 5d y los complejos d⁸ planos cuadrados son de bajo espín.
EECC (octaédrica) = (−0,4 × n(t2g) + 0,6 × n(eg)) Δo + m P μ(solo espín) = √(n(n + 2)) BM
Aquí m es el número de pares de electrones formados además de los que ya existen en el ion libre, y n es el número de electrones desapareados. Para complejos tetraédricos, EECC = (−0,6 × n(e) + 0,4 × n(t2)) Δt.
EECC octaédrica de d¹ a d¹⁰
| dⁿ | Alto espín | EECC (alto espín) | Desapareados (AE) | Bajo espín y EECC | Desapareados (BE) |
|---|---|---|---|---|---|
| d¹ | t2g¹ | −0,4Δo | 1 | igual que alto espín | 1 |
| d² | t2g² | −0,8Δo | 2 | igual que alto espín | 2 |
| d³ | t2g³ | −1,2Δo | 3 | igual que alto espín | 3 |
| d⁴ | t2g³ eg¹ | −0,6Δo | 4 | t2g⁴ eg⁰: −1,6Δo + P | 2 |
| d⁵ | t2g³ eg² | 0 | 5 | t2g⁵ eg⁰: −2,0Δo + 2P | 1 |
| d⁶ | t2g⁴ eg² | −0,4Δo | 4 | t2g⁶ eg⁰: −2,4Δo + 2P | 0 |
| d⁷ | t2g⁵ eg² | −0,8Δo | 3 | t2g⁶ eg¹: −1,8Δo + P | 1 |
| d⁸ | t2g⁶ eg² | −1,2Δo | 2 | igual que alto espín | 2 |
| d⁹ | t2g⁶ eg³ | −0,6Δo | 1 | igual que alto espín | 1 |
| d¹⁰ | t2g⁶ eg⁴ | 0 | 0 | igual que alto espín | 0 |
Distorsión de Jahn-Teller
Un complejo no lineal con un conjunto degenerado ocupado de forma desigual se distorsiona para bajar su energía. El efecto es fuerte cuando eg está ocupado de forma desigual: d⁹ (Cu²⁺), d⁴ de alto espín (Cr²⁺, Mn³⁺) y d⁷ de bajo espín. Los complejos hexacoordinados de Cu²⁺ suelen estar alargados a lo largo de un eje.
Ejemplos resueltos
[Fe(H₂O)₆]²⁺
El Fe²⁺ es d⁶. El agua es de campo débil: Δo ≈ 10 400 cm⁻¹ < P ≈ 17 600 cm⁻¹, así que es de alto espín t2g⁴ eg².
EECC = 4(−0,4) + 2(0,6) = −0,4Δo.
4 desapareados, μ = √24 = 4,90 BM
[Fe(CN)₆]⁴⁻
d⁶ con CN⁻ de campo fuerte: bajo espín t2g⁶ eg⁰. Tres pares frente a uno en el ion libre, así que 2 pares adicionales.
EECC = 6(−0,4)Δo + 2P.
−2,4Δo + 2P, 0 desapareados, diamagnético
[CoF₆]³⁻ frente a [Co(NH₃)₆]³⁺
Ambos son Co³⁺ d⁶. El F⁻ da Δo ≈ 13 000 cm⁻¹ (por debajo de P): alto espín. El NH₃ da Δo ≈ 22 900 cm⁻¹: bajo espín.
[CoF₆]³⁻: 4 desapareados, 4,90 BM. [Co(NH₃)₆]³⁺: 0 desapareados
[Ni(CN)₄]²⁻ frente a [NiCl₄]²⁻
Ambos son Ni²⁺ d⁸. El CN⁻ da una geometría plana cuadrada, con dx²−y² vacío. El Cl⁻ da una geometría tetraédrica e⁴ t2⁴.
[Ni(CN)₄]²⁻ diamagnético; [NiCl₄]²⁻ 2 desapareados, 2,83 BM, EECC −0,8Δt
[Cu(H₂O)₆]²⁺
d⁹: t2g⁶ eg³. El conjunto eg está ocupado de forma desigual.
EECC = 6(−0,4) + 3(0,6) = −0,6Δo.
1 desapareado, 1,73 BM, fuerte alargamiento de Jahn-Teller
Color del [Ti(H₂O)₆]³⁺
d¹ con Δo = 20 300 cm⁻¹. λ = 10⁷ / 20 300 = 493 nm, así que se absorbe luz verde-amarilla.
EECC = −0,4Δo = −0,4 × 243 kJ/mol = −97 kJ/mol.
La disolución se ve morada
Errores comunes
- Número de electrones d incorrecto. Quita primero los electrones 4s: el Fe es [Ar]3d⁶4s², el Fe²⁺ es 3d⁶ y el Fe³⁺ es 3d⁵.
- Considerar de bajo espín los complejos tetraédricos. Δt ≈ 4/9 Δo casi siempre queda por debajo de la energía de apareamiento, así que los complejos tetraédricos son de alto espín.
- Olvidar el término de energía de apareamiento. La EECC del d⁶ de bajo espín es −2,4Δo + 2P, no solo −2,4Δo. Cuenta solo los pares adicionales respecto al ion libre.
- Mezclar Δt y Δo. −0,8Δt para el [NiCl₄]²⁻ equivale a unos −0,36Δo, no a −0,8Δo.
- Intercambiar las etiquetas tetraédricas. En un campo tetraédrico, el conjunto e (dz², dx²−y²) está más bajo y t2 más alto, al revés que en el octaédrico.
- Esperar color de d⁰ o d¹⁰. El Zn²⁺ es incoloro. El morado del MnO₄⁻ (d⁰) se debe a transferencia de carga, no a transiciones d–d.
¿Dibujas complejos de coordinación? Dibuja ligandos, complejos metálicos y esquemas de reacción en MolDraw, un editor de estructuras químicas gratuito en línea.
Abrir el editor MolDrawPreguntas frecuentes
¿Cuál es la EECC del [Fe(CN)₆]⁴⁻?
El Fe²⁺ es d⁶ y el CN⁻ es de campo fuerte, así que el complejo es de bajo espín t2g⁶ eg⁰. EECC = 6 × (−0,4Δo) + 2P = −2,4Δo + 2P, con 0 electrones desapareados.
¿Cómo sé si un complejo es de alto o de bajo espín?
Compara Δo con la energía de apareamiento P. Los ligandos de campo débil como H₂O, F⁻ y Cl⁻ suelen dar alto espín; los de campo fuerte como CN⁻ y CO dan bajo espín. Los complejos tetraédricos son siempre de alto espín, y los metales 4d y 5d son de bajo espín.
¿Por qué el [CoF₆]³⁻ es de alto espín y el [Co(NH₃)₆]³⁺ de bajo espín?
Ambos contienen Co³⁺ (d⁶). El F⁻ es un ligando de campo débil, así que Δo (unos 13 000 cm⁻¹) queda por debajo de la energía de apareamiento: 4 electrones desapareados y μ = 4,90 BM. El NH₃ da un Δo de unos 22 900 cm⁻¹, así que los seis electrones se aparean en t2g.
¿Cómo se calcula el momento magnético de solo espín?
Usa μ = √(n(n + 2)) BM, donde n es el número de electrones desapareados. n = 1 da 1,73 BM, 2 da 2,83, 3 da 3,87, 4 da 4,90 y 5 da 5,92 BM.
¿Por qué el [Ni(CN)₄]²⁻ es plano cuadrado y diamagnético?
El Ni²⁺ es d⁸. Con el CN⁻ de campo fuerte, la disposición plana cuadrada deja vacío el orbital dx²−y², de energía muy alta, así que los ocho electrones se aparean en los cuatro orbitales inferiores. El [NiCl₄]²⁻ es tetraédrico con 2 electrones desapareados.
¿Qué complejos presentan distorsión de Jahn-Teller?
Se produce una distorsión de Jahn-Teller fuerte cuando el conjunto eg está ocupado de forma desigual en un complejo octaédrico: d⁹ (Cu²⁺), d⁴ de alto espín (Cr²⁺, Mn³⁺) y d⁷ de bajo espín (Co²⁺ con ligandos fuertes).
¿Qué relación hay entre el color de un complejo y Δo?
El complejo absorbe luz de energía Δo, así que λ (nm) ≈ 10⁷ / Δo (cm⁻¹). El [Ti(H₂O)₆]³⁺ tiene Δo = 20 300 cm⁻¹, absorbe cerca de 493 nm y se ve morado, el color complementario.
Herramientas de química relacionadas
Última actualización: