MolDraw › Kimya araçları › Kristal Alan Yarılması Diyagramı

Kristal Alan Yarılması Diyagramı (CFSE ve Spin Durumu)

Kısaca: Oktahedral, tetrahedral, kare düzlem, üçgen bipiramit ve kare piramit kompleksler için kristal alan yarılması diyagramı aracı. d-elektron sayısını bulur, yüksek veya düşük spin için t2g ve eg’yi (ya da e ve t2’yi) doldurur; eşleşme enerjisiyle CFSE’yi, eşleşmemiş elektronları, yalnız spin manyetik momentini, bir Jahn–Teller ipucunu ve bir renk notunu verir. Ücretsizdir, web tarayıcınızda çalışır ve indirme gerektirmez.

Metal iyonunu, geometriyi ve ligantları seçin. Diyagram serbest iyonun d düzeyini, etiketleriyle yarılmış d orbitallerini ve elektronları ok olarak gösterir. Sonuç, spin durumunu Δ ile eşleşme enerjisi karşılaştırması kuralıyla açıklar.

Kısa cevap: [Fe(CN)₆]⁴⁻: Fe²⁺ d⁶’dır ve CN⁻ kuvvetli alan ligandıdır, bu yüzden düşük spinli t2g⁶ eg⁰’dır. CFSE = 6 × (−0,4Δo) + 2P = −2,4Δo + 2P; 0 eşleşmemiş elektron (diyamanyetik). [CoF₆]³⁻ 4 eşleşmemiş elektronlu yüksek spinli bir komplekstir ve μ = √24 = 4,90 BM’dir.

Örnekler

Düşük düzeyler turkuaz, yüksek düzeyler kırmızıdır. Enerjiler, ağırlık merkezi (beş d orbitalinin ortalama enerjisi) etrafında yaklaşık ölçekli çizilir; çok yakın düzeyler okunabilir kalmaları için aralıklandırılır. Δ değerleri biliniyorsa ölçülmüş değerlerdir, aksi halde kaba tahminlerdir.

Kristal alan diyagramı nasıl kullanılır

  1. Metali ve Yükseltgenme basamağını seçin. Araç d-elektron sayısını hesaplar: dⁿ = grup numarası − yükseltgenme basamağı (Fe²⁺: 8 − 2 = d⁶).
  2. Geometriyi ve Ligantı seçin. [Co(NH₃)₅Cl]²⁺ gibi karışık kompleksler için bir İkinci ligant ekleyin ve Kaç tane alanını ayarlayın.
  3. Δ ile eşleşme enerjisi kuralını uygulamak için Spin durumunu Otomatik bırakın ya da yüksek veya düşük spini kendiniz seçin.
  4. Dizilimi, CFSE’yi, eşleşmemiş elektronları, manyetik momenti, Jahn–Teller ipucunu ve renk notunu okuyun. Diyagramı SVG indir veya PNG indir ile kaydedin.

Kısaca kristal alan kuramı

Serbest bir metal iyonunda beş d orbitali aynı enerjiye sahiptir. Metale yaklaşan ligantlar d elektronlarını iter. Ligantlara doğru yönelen orbitallerin enerjisi yükselir, diğerlerininki düşer; ortalama enerji (ağırlık merkezi) ise aynı kalır. Enerji farkı kristal alan yarılması Δ’dır.

Yarılma desenleri

GeometriAlt setÜst setEnerjiler
Oktahedralt2g (dxy, dxz, dyz)eg (dz², dx²−y²)t2g −0,4Δo, eg +0,6Δo (Δo = 10 Dq)
Tetrahedrale (dz², dx²−y²)t2 (dxy, dxz, dyz)e −0,6Δt, t2 +0,4Δt, Δt ≈ 4/9 Δo
Kare düzlemdxz, dyz < dz² < dxydx²−y² (en yüksek)−5,14, −4,28, +2,28, +12,28 Dq
Üçgen bipiramite″ (dxz, dyz) < e′ (dxy, dx²−y²)a1′ (dz²)−2,72, −0,82, +7,07 Dq
Kare piramite (dxz, dyz) < b2 (dxy) < a1 (dz²)b1 (dx²−y²)−4,57, −0,86, +0,86, +9,14 Dq

Spektrokimyasal seri

I⁻ < Br⁻ < SCN⁻ < Cl⁻ < F⁻ < OH⁻ < C₂O₄²⁻ < H₂O < NCS⁻ < py < NH₃ < en < bipy < phen < NO₂⁻ < PPh₃ < CN⁻ < CO. Soldaki ligantlar zayıf alanlıdır (küçük Δ); sağdakiler kuvvetli alanlıdır (büyük Δ). Δ ayrıca metal yüküyle (M³⁺ > M²⁺) ve grupta aşağı doğru (5d > 4d > 3d) artar.

Yüksek spin mi düşük spin mi

Oktahedral d⁴–d⁷ için Δo’yu eşleşme enerjisi P ile karşılaştırın. Δo < P ise elektronlar önce dağılır: yüksek spin. Δo > P ise t2g’de eşleşirler: düşük spin. Δt küçük olduğundan tetrahedral kompleksler her zaman yüksek spinlidir. 4d ve 5d metalleri ve kare düzlem d⁸ kompleksleri düşük spinlidir.

CFSE (oktahedral) = (−0,4 × n(t2g) + 0,6 × n(eg)) Δo + m P μ(yalnız spin) = √(n(n + 2)) BM

Burada m, serbest iyonda zaten bulunanlara ek olarak oluşan elektron çifti sayısı, n ise eşleşmemiş elektron sayısıdır. Tetrahedral kompleksler için CFSE = (−0,6 × n(e) + 0,4 × n(t2)) Δt.

d¹–d¹⁰ için oktahedral CFSE

dⁿYüksek spinCFSE (yüksek spin)Eşleşmemiş (YS)Düşük spin ve CFSEEşleşmemiş (DS)
d¹t2g¹−0,4Δo1yüksek spinle aynı1
d²t2g²−0,8Δo2yüksek spinle aynı2
d³t2g³−1,2Δo3yüksek spinle aynı3
d⁴t2g³ eg¹−0,6Δo4t2g⁴ eg⁰: −1,6Δo + P2
d⁵t2g³ eg²05t2g⁵ eg⁰: −2,0Δo + 2P1
d⁶t2g⁴ eg²−0,4Δo4t2g⁶ eg⁰: −2,4Δo + 2P0
d⁷t2g⁵ eg²−0,8Δo3t2g⁶ eg¹: −1,8Δo + P1
d⁸t2g⁶ eg²−1,2Δo2yüksek spinle aynı2
d⁹t2g⁶ eg³−0,6Δo1yüksek spinle aynı1
d¹⁰t2g⁶ eg⁴00yüksek spinle aynı0

Jahn–Teller bozulması

Eşit olmayan şekilde dolmuş dejenere bir sete sahip doğrusal olmayan bir kompleks, enerjisini düşürmek için bozulur. eg eşit olmayan şekilde dolduğunda etki kuvvetlidir: d⁹ (Cu²⁺), yüksek spinli d⁴ (Cr²⁺, Mn³⁺) ve düşük spinli d⁷. Altı koordinasyonlu Cu²⁺ kompleksleri genellikle bir eksen boyunca uzamıştır.

Çözümlü örnekler

[Fe(H₂O)₆]²⁺

Fe²⁺ d⁶’dır. Su zayıf alan ligandıdır: Δo ≈ 10 400 cm⁻¹ < P ≈ 17 600 cm⁻¹, bu yüzden yüksek spinli t2g⁴ eg².

CFSE = 4(−0,4) + 2(0,6) = −0,4Δo.

4 eşleşmemiş, μ = √24 = 4,90 BM

[Fe(CN)₆]⁴⁻

Kuvvetli alan ligandı CN⁻ ile d⁶: düşük spinli t2g⁶ eg⁰. Serbest iyondaki bir çifte karşılık üç çift, yani 2 ek çift.

CFSE = 6(−0,4)Δo + 2P.

−2,4Δo + 2P, 0 eşleşmemiş, diyamanyetik

[CoF₆]³⁻ ile [Co(NH₃)₆]³⁺ karşılaştırması

İkisi de Co³⁺ d⁶’dır. F⁻, Δo ≈ 13 000 cm⁻¹ verir (P’nin altında): yüksek spin. NH₃, Δo ≈ 22 900 cm⁻¹ verir: düşük spin.

[CoF₆]³⁻: 4 eşleşmemiş, 4,90 BM. [Co(NH₃)₆]³⁺: 0 eşleşmemiş

[Ni(CN)₄]²⁻ ile [NiCl₄]²⁻ karşılaştırması

İkisi de Ni²⁺ d⁸’dir. CN⁻ kare düzlem verir, dx²−y² boştur. Cl⁻ tetrahedral e⁴ t2⁴ verir.

[Ni(CN)₄]²⁻ diyamanyetik; [NiCl₄]²⁻ 2 eşleşmemiş, 2,83 BM, CFSE −0,8Δt

[Cu(H₂O)₆]²⁺

d⁹: t2g⁶ eg³. eg seti eşit olmayan şekilde doludur.

CFSE = 6(−0,4) + 3(0,6) = −0,6Δo.

1 eşleşmemiş, 1,73 BM, kuvvetli Jahn–Teller uzaması

[Ti(H₂O)₆]³⁺ rengi

Δo = 20 300 cm⁻¹ olan d¹. λ = 10⁷ / 20 300 = 493 nm, yani yeşil-sarı ışık soğurulur.

CFSE = −0,4Δo = −0,4 × 243 kJ/mol = −97 kJ/mol.

Çözelti mor görünür

Sık yapılan hatalar

Koordinasyon kompleksleri mi çiziyorsunuz? Ücretsiz çevrimiçi kimyasal yapı editörü MolDraw’da ligantlar, metal kompleksleri ve tepkime şemaları çizin.

MolDraw editörünü aç

Sık sorulan sorular

[Fe(CN)₆]⁴⁻’ün CFSE değeri nedir?

Fe²⁺ d⁶’dır ve CN⁻ kuvvetli alan ligandıdır; bu nedenle kompleks düşük spinli t2g⁶ eg⁰’dır. CFSE = 6 × (−0,4Δo) + 2P = −2,4Δo + 2P; eşleşmemiş elektron sayısı 0’dır.

Bir kompleksin yüksek spinli mi düşük spinli mi olduğunu nasıl anlarım?

Δo’yu eşleşme enerjisi P ile karşılaştırın. H₂O, F⁻ ve Cl⁻ gibi zayıf alan ligantları genellikle yüksek spin, CN⁻ ve CO gibi kuvvetli alan ligantları düşük spin verir. Tetrahedral kompleksler her zaman yüksek spinlidir; 4d ve 5d metalleri düşük spinlidir.

[CoF₆]³⁻ neden yüksek spinli, [Co(NH₃)₆]³⁺ ise düşük spinlidir?

İkisi de Co³⁺ (d⁶) içerir. F⁻ zayıf alan ligandıdır, bu yüzden Δo (yaklaşık 13 000 cm⁻¹) eşleşme enerjisinin altındadır: 4 eşleşmemiş elektron ve μ = 4,90 BM. NH₃ yaklaşık 22 900 cm⁻¹ Δo verir, bu yüzden altı elektronun tamamı t2g’de eşleşir.

Yalnız spin manyetik momenti nasıl hesaplanır?

μ = √(n(n + 2)) BM formülünü kullanın; burada n eşleşmemiş elektron sayısıdır. n = 1 için 1,73 BM, 2 için 2,83, 3 için 3,87, 4 için 4,90 ve 5 için 5,92 BM elde edilir.

[Ni(CN)₄]²⁻ neden kare düzlem ve diyamanyetiktir?

Ni²⁺ d⁸’dir. Kuvvetli alan ligandı CN⁻ ile kare düzlem düzenleme, çok yüksek enerjili dx²−y² orbitalini boş bırakır; böylece sekiz elektronun tamamı alttaki dört orbitalde eşleşir. [NiCl₄]²⁻ ise 2 eşleşmemiş elektronlu tetrahedral bir komplekstir.

Hangi kompleksler Jahn–Teller bozulması gösterir?

Oktahedral bir komplekste eg seti eşit olmayan şekilde dolduğunda kuvvetli bir Jahn–Teller bozulması oluşur: d⁹ (Cu²⁺), yüksek spinli d⁴ (Cr²⁺, Mn³⁺) ve düşük spinli d⁷ (kuvvetli ligantlarla Co²⁺).

Bir kompleksin rengi Δo ile nasıl ilişkilidir?

Kompleks Δo enerjisindeki ışığı soğurur; bu nedenle λ (nm) ≈ 10⁷ / Δo (cm⁻¹). [Ti(H₂O)₆]³⁺ için Δo = 20 300 cm⁻¹’dir; 493 nm civarında soğurur ve tamamlayıcı renk olan mor görünür.

İlgili kimya araçları

Son güncelleme: