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    1월 22일

    晶体场理论:理论与简单应用

        价层电子对理论在对于d-区元素配合物,化合物性质讨论中遇到了许多其在s-、p-区没遇到过的困难。

        比如说颜色问题,过渡金属化合物、配合物一向以其多变的颜色著称。然而VSEPR理论中首要的一个假设就是价层原子轨道发生杂化,形成分子轨道;而杂化后的原子轨道能量相同,如果与其连接的原子化学环境相同的话,形成的分子轨道能量也相同。在这种情况下,如果能发生电子跃迁(吸收光能,产生颜色),电子将会从稳定的成键轨道跃迁到不稳定的反键轨道。

        如果假设成立,由于成键轨道被假设成统一能量的杂化低能量产物,反键轨道也就成为了统一能量的杂化高能量产物,二者之间能量差很大,根据E=hν(其中ν是光子的频率),这一跃迁吸收光子应该在紫外或近紫外光区,那么过渡金属化合物所显出的颜色应该是出于近红外光区的红、黄或黄绿。然而众所周知的[Cu(H2O)6]2+显的却是蓝色,[V(H2O)6]6+显的却是紫色,诸如此类不胜枚举。很明显VSEPR在这里栽了个跟头。

        事实上,除此之外,VSEPR在对另一个有关电子跃迁的常数的计算上也不算成功,但是由于牵扯一些背景知识,半死不活就不拗述了。
    (众皆鄙视,云:“你已经拗述了这么多了。”
      半死不活云:“非也非也,此拗述非彼拗述也。”
      众皆曰打,半死不活远遁
     
        半死不活喘了口气,回来接着贫。除了颜色(包括电子跃迁以及能量变化)以外,VSEPR理论还输在了有关磁性的讨论上。

        众所周知,过渡金属化合物中,有许多带有磁性,然而同种金属同一价态的不同化合物或配离子确有可能拥有不用的磁性。在VSEPR中,为了这样的问题,引入了内轨与外轨的概念,即把配体的成键孤对电子排在金属原子轨道的内层d轨道或是外层d轨道。

        但是首先VSEPR中假设杂化轨道能量查不大,如果排在外轨,s、p、d轨道之间的能量差真得不大么?其次如果是内轨型,以d2sp3杂化为例,如果中心金属离子外层有6个以下的电子还好(因为剩下三个d轨道,最多排6个电子);如果中心金属离子有7个或7个以上的电子(比如说Co2+)怎么办呢?

        这说明,在引入内轨与外轨概念之后,一些表面上的问题被解决了,而很明显的VSEPR理论在这里还是有所缺陷的,于是我们需要新的理论来解释问题,晶体场(配体场)理论也就呼之欲出了。

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