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分裂能

(2020-06-14 11:26:25) 百科综合
分裂能

分裂能

在配合物中,中心离子与配体之间的作用,类似于离子晶体中正负离子间的静电作用,中心离子在周围配体非球形对称电场力的作用下,五个简併d轨道分裂成能级不同的几组轨道。d轨道在不同构型的配合物中,分裂的方式和大小都不同。分裂后最高能量d轨道和最低能量d轨道之间的能量差称为分裂能(splitting energy),通常用△符号表示。

基本介绍

  • 中文名:分裂能
  • 外文名:splitting energy
  • 表示符号: △
  • 所属类型:配位化合物
  • 测定方法:光谱分析
  • 涉及理论:晶体场理论

常见分裂

中心离子d轨道的分裂
我们知道,各d轨道在窄问的伸展方向不同,但能量是相同的。在球形对称的负静电场作用下,这5个简併d轨道的能量均会升高,由于受到的静电排斥作用相等,所以能量升高也相等,因而不会产生分裂,如下图1(a)(b)所示,但在配离子叶中,由于配体产生的电场不是球形对称的,因而各d轨道受到的影响不同。现以6配位的八面体构型的配合物为例,当6个配体(负离子或NH3,H2O等极性分子的负端)沿着±x,±y,±z的方向接近中心离子时,配体便形成一个八面体场,如下图2所示。
图1  八面体场中d轨道的能级分裂图1 八面体场中d轨道的能级分裂
图2  在八面体配合物中d轨道与配体的相对位置图2 在八面体配合物中d轨道与配体的相对位置
在此八面体场中,中心离子的dz2和dx2-y2轨道正好与配体处于迎头相撞,如上图2(b)(c)所示,其电子云受到配体负电荷的排斥作用最大,因而这两个轨道的能量比在球形对称场中的能量要高,而dxy、dyz、dxz则恰巧处于配体的空隙之间,见上图2(d)(e)(f),所以这三个轨道的电子云受到的排斥作用较小,比在球形对称场中的能量要低,这样便造成d轨道的分裂,如上图1(c)所示。五个能量相等的d轨道分裂成两组:一组是能量较高的dz2和dx2-y2,为二重简併轨道(degenerate orbital),称为dγ轨道: 另一组是能量较低的dxy、dyz、dxz,为三重简併轨道,称为dε轨道。

配合物分裂能

八面体配合物的分裂能
  
对八面体配合物(octahedral coordination compounds)的分裂能,用Δo表示,它相当于1个电子在dγ-dε间的跃迁所需要的能量。一般将Δo分成10等分,每等分为1Dq,则Δo为10Dq。量子力学指出,分裂前后d轨道的总能量应保持不变。若分裂前d轨道的能量作为零点,那幺所有的dγ轨道和dε轨道的总能量等于零,即:
2Edγ+3Edε=0(有两个轨道,有三个轨道),由于分裂能
Δo=Edγ-Edε=10Dq,所以解得:
Edγ=3/5Δo=6Dq(比分裂前高6Dq),
Edε=-2/5Δo=-4Dq(比分裂前低4Dq)。

影响大小因素

(1)配体的影响(△递增次序)
同一中心离子,配体的场强越强,分裂能△越大。
光谱化学顺序(从左到右配体的场强逐步增强):
I-< Br-< Cl-< F-< OH-< C2O42- < H2O < NH3 < en < NO2- <CN-(CO)
(2)中心离子的电荷数
中心离子电荷数越大,中心与配体距离越近,则作用越强,△越大。
如:Fe3+,△H2O=13700 cm-1 >Fe2+,△H2O=13700 cm-1。

常用测定方法

分光光度法
即选取一定浓度的配合物溶液,用分光光度计测出不同波长下的吸光度A,以为纵坐标、为横坐标何等图,可得吸收曲线。利用最大的吸收峰所对应波长来计算△值。即:△=(1/λmax)*107(cm-1)。

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