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.
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
- Metali ve Yükseltgenme basamağını seçin. Araç d-elektron sayısını hesaplar: dⁿ = grup numarası − yükseltgenme basamağı (Fe²⁺: 8 − 2 = d⁶).
- Geometriyi ve Ligantı seçin. [Co(NH₃)₅Cl]²⁺ gibi karışık kompleksler için bir İkinci ligant ekleyin ve Kaç tane alanını ayarlayın.
- Δ ile eşleşme enerjisi kuralını uygulamak için Spin durumunu Otomatik bırakın ya da yüksek veya düşük spini kendiniz seçin.
- 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
| Geometri | Alt set | Üst set | Enerjiler |
|---|---|---|---|
| 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 |
| Kare düzlem | dxz, dyz < dz² < dxy | dx²−y² (en yüksek) | −5,14, −4,28, +2,28, +12,28 Dq |
| Üçgen bipiramit | e″ (dxz, dyz) < e′ (dxy, dx²−y²) | a1′ (dz²) | −2,72, −0,82, +7,07 Dq |
| Kare piramit | e (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
| dⁿ | Yüksek spin | CFSE (yüksek spin) | Eşleşmemiş (YS) | Düşük spin ve CFSE | Eşleşmemiş (DS) |
|---|---|---|---|---|---|
| d¹ | t2g¹ | −0,4Δo | 1 | yüksek spinle aynı | 1 |
| d² | t2g² | −0,8Δo | 2 | yüksek spinle aynı | 2 |
| d³ | t2g³ | −1,2Δo | 3 | yüksek spinle aynı | 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 | yüksek spinle aynı | 2 |
| d⁹ | t2g⁶ eg³ | −0,6Δo | 1 | yüksek spinle aynı | 1 |
| d¹⁰ | t2g⁶ eg⁴ | 0 | 0 | yüksek spinle aynı | 0 |
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
- Yanlış d sayısı. Önce 4s elektronlarını çıkarın: Fe [Ar]3d⁶4s²’dir, Fe²⁺ 3d⁶ ve Fe³⁺ 3d⁵’tir.
- Tetrahedral kompleksleri düşük spinli saymak. Δt ≈ 4/9 Δo neredeyse her zaman eşleşme enerjisinin altındadır, bu yüzden tetrahedral kompleksler yüksek spinlidir.
- Eşleşme enerjisi terimini unutmak. Düşük spinli d⁶ CFSE değeri yalnızca −2,4Δo değil, −2,4Δo + 2P’dir. Yalnızca serbest iyona göre fazladan olan çiftleri sayın.
- Δt ile Δo’yu karıştırmak. [NiCl₄]²⁻ için −0,8Δt yaklaşık −0,36Δo’ya eşittir, −0,8Δo’ya değil.
- Tetrahedral etiketleri karıştırmak. Tetrahedral alanda e seti (dz², dx²−y²) alttadır ve t2 üsttedir; oktahedralin tersidir.
- d⁰ veya d¹⁰’dan renk beklemek. Zn²⁺ renksizdir. MnO₄⁻’ün (d⁰) mor rengi d–d geçişlerinden değil, yük aktarımından gelir.
Koordinasyon kompleksleri mi çiziyorsunuz? Ücretsiz çevrimiçi kimyasal yapı editörü MolDraw’da ligantlar, metal kompleksleri ve tepkime şemaları çizin.
MolDraw editörünü açSık 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: