MolDraw › Alat kimia › Diagram Pemisahan Medan Kristal
Diagram Pemisahan Medan Kristal (CFSE dan Keadaan Spin)
Singkatnya: Alat diagram pemisahan medan kristal untuk kompleks oktahedral, tetrahedral, segi empat datar, trigonal bipiramida, dan piramida segi empat. Alat ini menentukan jumlah elektron d, mengisi t2g dan eg (atau e dan t2) untuk spin tinggi atau rendah, dan memberikan CFSE dengan energi pemasangan, elektron tak berpasangan, momen magnetik spin-only, petunjuk Jahn–Teller, dan catatan warna. Gratis, berjalan di peramban web Anda, dan tidak perlu diunduh.
Pilih ion logam, geometri, dan ligan. Diagram menampilkan tingkat d ion bebas, orbital d yang terpisah beserta labelnya, dan elektron sebagai panah. Hasilnya menjelaskan keadaan spin dengan aturan Δ terhadap energi pemasangan.
Contoh
Tingkat yang lebih rendah berwarna hijau toska dan yang lebih tinggi merah. Energi digambar kira-kira sesuai skala di sekitar barisenter (energi rata-rata kelima orbital d); tingkat yang sangat berdekatan diberi jarak agar tetap terbaca. Nilai Δ adalah hasil pengukuran bila diketahui, selain itu perkiraan kasar.
Cara menggunakan diagram medan kristal
- Pilih Logam dan Bilangan oksidasi-nya. Alat ini menghitung jumlah elektron d: dⁿ = nomor golongan − bilangan oksidasi (Fe²⁺: 8 − 2 = d⁶).
- Pilih Geometri dan Ligan. Untuk kompleks campuran seperti [Co(NH₃)₅Cl]²⁺, tambahkan Ligan kedua dan atur Jumlahnya.
- Biarkan Keadaan spin pada Otomatis untuk menerapkan aturan Δ terhadap energi pemasangan, atau atur sendiri spin tinggi atau rendah.
- Baca konfigurasi, CFSE, elektron tak berpasangan, momen magnetik, petunjuk Jahn–Teller, dan catatan warna. Simpan diagram dengan Unduh SVG atau Unduh PNG.
Ringkasan teori medan kristal
Dalam ion logam bebas, kelima orbital d memiliki energi yang sama. Ligan yang mendekati logam menolak elektron d. Orbital yang mengarah ke ligan naik energinya dan yang lain turun, sementara energi rata-ratanya (barisenter) tetap sama. Selisih energinya adalah pemisahan medan kristal, Δ.
Pola pemisahan
| Geometri | Set bawah | Set atas | Energi |
|---|---|---|---|
| Oktahedral | t2g (dxy, dxz, dyz) | eg (dz², dx²−y²) | t2g −0,4Δo, eg +0,6Δo (Δo = 10 Dq) |
| Tetrahedral | e (dz², dx²−y²) | t2 (dxy, dxz, dyz) | e −0,6Δt, t2 +0,4Δt, Δt ≈ 4/9 Δo |
| Segi empat datar | dxz, dyz < dz² < dxy | dx²−y² (tertinggi) | −5,14, −4,28, +2,28, +12,28 Dq |
| Trigonal bipiramida | e″ (dxz, dyz) < e′ (dxy, dx²−y²) | a1′ (dz²) | −2,72, −0,82, +7,07 Dq |
| Piramida segi empat | e (dxz, dyz) < b2 (dxy) < a1 (dz²) | b1 (dx²−y²) | −4,57, −0,86, +0,86, +9,14 Dq |
Deret spektrokimia
I⁻ < Br⁻ < SCN⁻ < Cl⁻ < F⁻ < OH⁻ < C₂O₄²⁻ < H₂O < NCS⁻ < py < NH₃ < en < bipy < phen < NO₂⁻ < PPh₃ < CN⁻ < CO. Ligan di sebelah kiri adalah ligan medan lemah (Δ kecil); ligan di sebelah kanan adalah ligan medan kuat (Δ besar). Δ juga bertambah dengan muatan logam (M³⁺ > M²⁺) dan ke bawah dalam satu golongan (5d > 4d > 3d).
Spin tinggi atau spin rendah
Untuk d⁴ hingga d⁷ oktahedral, bandingkan Δo dengan energi pemasangan P. Jika Δo < P, elektron menyebar terlebih dahulu: spin tinggi. Jika Δo > P, elektron berpasangan di t2g: spin rendah. Kompleks tetrahedral selalu spin tinggi karena Δt kecil. Logam 4d dan 5d serta kompleks d⁸ segi empat datar bersifat spin rendah.
CFSE (oktahedral) = (−0,4 × n(t2g) + 0,6 × n(eg)) Δo + m P μ(spin-only) = √(n(n + 2)) BM
Di sini m adalah jumlah pasangan elektron yang terbentuk di luar pasangan yang sudah ada pada ion bebas, dan n adalah jumlah elektron tak berpasangan. Untuk kompleks tetrahedral, CFSE = (−0,6 × n(e) + 0,4 × n(t2)) Δt.
CFSE oktahedral untuk d¹ hingga d¹⁰
| dⁿ | Spin tinggi | CFSE (spin tinggi) | Tak berpasangan (ST) | Spin rendah dan CFSE | Tak berpasangan (SR) |
|---|---|---|---|---|---|
| d¹ | t2g¹ | −0,4Δo | 1 | sama dengan spin tinggi | 1 |
| d² | t2g² | −0,8Δo | 2 | sama dengan spin tinggi | 2 |
| d³ | t2g³ | −1,2Δo | 3 | sama dengan spin tinggi | 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 | sama dengan spin tinggi | 2 |
| d⁹ | t2g⁶ eg³ | −0,6Δo | 1 | sama dengan spin tinggi | 1 |
| d¹⁰ | t2g⁶ eg⁴ | 0 | 0 | sama dengan spin tinggi | 0 |
Distorsi Jahn–Teller
Kompleks nonlinier dengan set terdegenerasi yang terisi tidak merata akan terdistorsi untuk menurunkan energinya. Efeknya kuat ketika eg terisi tidak merata: d⁹ (Cu²⁺), d⁴ spin tinggi (Cr²⁺, Mn³⁺), dan d⁷ spin rendah. Kompleks Cu²⁺ berkoordinasi enam biasanya memanjang sepanjang satu sumbu.
Contoh soal
[Fe(H₂O)₆]²⁺
Fe²⁺ adalah d⁶. Air adalah ligan medan lemah: Δo ≈ 10 400 cm⁻¹ < P ≈ 17 600 cm⁻¹, sehingga spin tinggi t2g⁴ eg².
CFSE = 4(−0,4) + 2(0,6) = −0,4Δo.
4 tak berpasangan, μ = √24 = 4,90 BM
[Fe(CN)₆]⁴⁻
d⁶ dengan ligan medan kuat CN⁻: spin rendah t2g⁶ eg⁰. Tiga pasangan dibandingkan satu pada ion bebas, jadi ada 2 pasangan tambahan.
CFSE = 6(−0,4)Δo + 2P.
−2,4Δo + 2P, 0 tak berpasangan, diamagnetik
[CoF₆]³⁻ dibandingkan [Co(NH₃)₆]³⁺
Keduanya Co³⁺ d⁶. F⁻ memberikan Δo ≈ 13 000 cm⁻¹ (di bawah P): spin tinggi. NH₃ memberikan Δo ≈ 22 900 cm⁻¹: spin rendah.
[CoF₆]³⁻: 4 tak berpasangan, 4,90 BM. [Co(NH₃)₆]³⁺: 0 tak berpasangan
[Ni(CN)₄]²⁻ dibandingkan [NiCl₄]²⁻
Keduanya Ni²⁺ d⁸. CN⁻ menghasilkan segi empat datar, dx²−y² kosong. Cl⁻ menghasilkan tetrahedral e⁴ t2⁴.
[Ni(CN)₄]²⁻ diamagnetik; [NiCl₄]²⁻ 2 tak berpasangan, 2,83 BM, CFSE −0,8Δt
[Cu(H₂O)₆]²⁺
d⁹: t2g⁶ eg³. Set eg terisi tidak merata.
CFSE = 6(−0,4) + 3(0,6) = −0,6Δo.
1 tak berpasangan, 1,73 BM, pemanjangan Jahn–Teller yang kuat
Warna [Ti(H₂O)₆]³⁺
d¹ dengan Δo = 20 300 cm⁻¹. λ = 10⁷ / 20 300 = 493 nm, sehingga cahaya hijau-kuning diserap.
CFSE = −0,4Δo = −0,4 × 243 kJ/mol = −97 kJ/mol.
Larutannya tampak ungu
Kesalahan umum
- Jumlah elektron d salah. Lepaskan elektron 4s terlebih dahulu: Fe adalah [Ar]3d⁶4s², Fe²⁺ adalah 3d⁶, dan Fe³⁺ adalah 3d⁵.
- Menganggap kompleks tetrahedral spin rendah. Δt ≈ 4/9 Δo hampir selalu di bawah energi pemasangan, sehingga kompleks tetrahedral bersifat spin tinggi.
- Lupa suku energi pemasangan. CFSE d⁶ spin rendah adalah −2,4Δo + 2P, bukan hanya −2,4Δo. Hitung hanya pasangan tambahan dibandingkan ion bebas.
- Mencampur Δt dan Δo. −0,8Δt untuk [NiCl₄]²⁻ setara dengan sekitar −0,36Δo, bukan −0,8Δo.
- Menukar label tetrahedral. Dalam medan tetrahedral, set e (dz², dx²−y²) lebih rendah dan t2 lebih tinggi, kebalikan dari oktahedral.
- Mengharapkan warna dari d⁰ atau d¹⁰. Zn²⁺ tidak berwarna. Warna ungu MnO₄⁻ (d⁰) berasal dari transfer muatan, bukan transisi d–d.
Menggambar senyawa koordinasi? Gambar ligan, kompleks logam, dan skema reaksi di MolDraw, editor struktur kimia online gratis.
Buka editor MolDrawPertanyaan yang sering diajukan
Berapa CFSE [Fe(CN)₆]⁴⁻?
Fe²⁺ adalah d⁶ dan CN⁻ adalah ligan medan kuat, sehingga kompleks ini spin rendah t2g⁶ eg⁰. CFSE = 6 × (−0,4Δo) + 2P = −2,4Δo + 2P, dengan 0 elektron tak berpasangan.
Bagaimana mengetahui apakah suatu kompleks spin tinggi atau spin rendah?
Bandingkan Δo dengan energi pemasangan P. Ligan medan lemah seperti H₂O, F⁻, dan Cl⁻ biasanya menghasilkan spin tinggi; ligan medan kuat seperti CN⁻ dan CO menghasilkan spin rendah. Kompleks tetrahedral selalu spin tinggi, dan logam 4d serta 5d bersifat spin rendah.
Mengapa [CoF₆]³⁻ spin tinggi tetapi [Co(NH₃)₆]³⁺ spin rendah?
Keduanya mengandung Co³⁺ (d⁶). F⁻ adalah ligan medan lemah, sehingga Δo (sekitar 13 000 cm⁻¹) berada di bawah energi pemasangan: 4 elektron tak berpasangan dan μ = 4,90 BM. NH₃ memberikan Δo sekitar 22 900 cm⁻¹, sehingga keenam elektron berpasangan di t2g.
Bagaimana cara menghitung momen magnetik spin-only?
Gunakan μ = √(n(n + 2)) BM, dengan n adalah jumlah elektron tak berpasangan. n = 1 menghasilkan 1,73 BM, 2 menghasilkan 2,83, 3 menghasilkan 3,87, 4 menghasilkan 4,90, dan 5 menghasilkan 5,92 BM.
Mengapa [Ni(CN)₄]²⁻ berbentuk segi empat datar dan diamagnetik?
Ni²⁺ adalah d⁸. Dengan ligan medan kuat CN⁻, susunan segi empat datar membiarkan orbital dx²−y² yang sangat tinggi tetap kosong, sehingga kedelapan elektron berpasangan di empat orbital yang lebih rendah. [NiCl₄]²⁻ berbentuk tetrahedral dengan 2 elektron tak berpasangan.
Kompleks mana yang menunjukkan distorsi Jahn–Teller?
Distorsi Jahn–Teller yang kuat terjadi ketika set eg terisi tidak merata pada kompleks oktahedral: d⁹ (Cu²⁺), d⁴ spin tinggi (Cr²⁺, Mn³⁺), dan d⁷ spin rendah (Co²⁺ dengan ligan kuat).
Bagaimana hubungan warna kompleks dengan Δo?
Kompleks menyerap cahaya dengan energi Δo, sehingga λ (nm) ≈ 10⁷ / Δo (cm⁻¹). [Ti(H₂O)₆]³⁺ memiliki Δo = 20 300 cm⁻¹, menyerap di dekat 493 nm, dan tampak ungu, yaitu warna komplementernya.
Alat kimia terkait
Terakhir diperbarui: