晶體場理論(crystal field theory)和配位場理論(ligand field theory)的區別
晶體場理論和配體場理論是無機化學中用來描述過渡金屬配合物成鍵模式的兩種理論。晶體場理論(CFT)考慮了含有d-軌道的電子的擾動及其與金屬陽離子的相互作用,在CFT中,金屬-配體的相互作用僅被認為是靜電作用。配體場理論(LFT)將金屬與配體的相互作用視為共價鍵的相互作用,並依賴於金屬與配體上d-軌道的取向和重疊。這是晶體場理論和配體場理論的關鍵區別。
什麼是晶體場理論(crystal field theory)?
晶體場理論(CFT)由物理學家Hans Bethe於1929年提出,隨後J.H.vanvleck於1935年提出了一些修改。該理論描述了過渡金屬配合物的一些重要性質,如磁性、吸收光譜、氧化態和配位。CFT基本上考慮了中心原子d軌道與配體的相互作用,這些配體被認為是點電荷。此外,過渡金屬絡合物中中心金屬與配體之間的吸引力被認為是純靜電的。
什麼是配位場理論(ligand field theory)?
配位場理論為配位化合物中的鍵合提供了更詳細的描述。這是根據配位化學的概念來考慮金屬和配體之間的鍵合。這種鍵被認為是配位共價鍵或與格共價鍵,表明鍵中的兩個電子都來自配體。晶體場理論的基本原理與分子軌道理論的基本原理非常相似。
晶體場理論(crystal field theory)和配位場理論(ligand field theory)的區別
基本概念:
晶體場理論:根據這一理論,過渡金屬與配體之間的相互作用是由於配體的非鍵電子上的負電荷與帶正電荷的金屬陽離子之間的吸引。換句話說,金屬和配體之間的相互作用是純靜電的。
配位場理論:
- 配體上的一個或多個軌道與金屬上的一個或多個原子軌道重疊。
- 如果金屬和配體的軌道具有相似的能量和相容的對稱性,則存在淨相互作用。
- 網絡相互作用產生了一組新的軌道,一個是鍵,另一個是反鍵。(一個*表示軌道是反鍵的。)
- 當沒有淨相互作用時,原子軌道和分子軌道不受影響,在金屬-配體相互作用中,它們本質上是非鍵的。
- 鍵軌道和反鍵軌道具有sigma(σ)或pi(π)特徵,這取決於金屬和配體的取向。
限制:
晶體場理論:晶體場理論有幾個侷限性。它只考慮了中心原子的d軌道,而不考慮s和p軌道。此外,這一理論未能解釋某些配體大分裂和小分裂的原因。
配位場理論:配位場理論不像晶體場理論那樣有侷限性。它可以看作是晶體場理論的擴展版本。
應用:
晶體場理論:晶體場理論為研究晶格中過渡金屬的電子結構提供了有價值的見解,
晶體場理論解釋了配體的存在導致過渡金屬配合物軌道簡併性的破壞。它還描述了金屬配體鍵的強度。系統的能量根據金屬-配體鍵的強度而改變,這可能導致磁性和顏色的變化。
References: “An Introduction to Ligand and Crystal Field Theory” – EveryScience “Crystal Field Theory” Virtual Amrita Laboratories Universalizing Education. “Ligand field theory” – Wikipedia “Ligand field theory” – Encyclopedia Britannica “The Spectrochemical Series” – University of the West Indies – Department of Chemistry “Ligand field theory” – Brian. N. Figgis – National Laboratory, Upton, NY, USA Image Courtesy: “Crystal Field Splitting 4” By YanA at the English language Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Comm*** Wikimedia “LFTi(III)” By Smokefoot at English Wikipedia – Transferred from en.********* to Comm*** by Sentausa (Public Domain) via Comm*** Wikimedia