当前课程知识点：无机化学 > 第10章 配位化学基础 > 10.5 配合物的晶体场理论 > 10.5.2 晶体场理论(2)
同学你好
这节课我们讲晶场理论的第二部分
上节课我们讲了晶场理论里边
那么低轨道的分裂
那么在不同的晶场情况下
就是配体所形成的晶场情况下
那么中心离子低轨道的分裂是不一样的
分裂之后形成了叫所谓分裂能
就是我们说那个
那么在八面体场里面 我们叫 O
在正四面体场里边 我们叫 T
然后我们把它统一起来
都以八面体场的 O作为一个固定标准
那么得到 T等于0.445个 O
那么这样的话就有了一个在正四面体场
正八面体场和平面正方形不同得配体场情况下
那么低轨道的分裂情况
那么下面我们要讨论的是
影响分类能有哪些因素
我们说这个因素主要有三个方面
第一个是中心离子
第二个是配体
第三个是晶体场的类型
首先我们看一下中心离子如何影响分类能的
第一个我们说中心离子电荷如果越大的话
那分类能越大
电荷越大
分裂能越大
这里给出的例子是有关于铬的配合物
CR铬的配合物
那么有六水合铬
这也是六水合铬
但这两个的不同在哪
他们价肽不一样
就是中心离子的氧化数是不一样的
这是三价铬离子这是二价铬离子
我们看到
在三价铬离子二价铬离子里边
那么分裂能三价铬离子是17600
而二价铬离子是14000
所以二价铬离子明显要比三价铬离子要小
然后我们再看另外一个
就是同样的电荷
那么不同的主量子数
那么我们看是六氯合铬和六氯合钼
那么在这里钼和铬
他的价态是一样的
它们的族也是一样的
不同地方在于是钼的组量子数
比铬要大一个
那么我们看铬的是13600
而钼的是19200
那么说也就大了
组量子数足大了一个之后
相当于电荷大了一个
所以我们有第二个就是主量子数增加
也增加
也增加
这是中心离子的影响
是吧
电子的电荷和组量子数
第二个
我们看是配体
配体的影响是
我们看看例子
CoF6和Co(H2O)6
那么这两个都是Co的配合物
然后还有Co（NH3）6和Co(CN)6
它们都是Co的配合物
而且他们价态都是一样的
都是三价的
那我们看一下CoF6
它的分能是13000
Co(H2O)6是18600
然后Co（NH3）6是22900
Co（CN6）达到了34000
所以我们看到不同的配体
它们的分类能是不一样的
那么对于同一个中心离子不同配体的影响情况
我们可以根据这个实验事实列出一系列表来
那么这个表我们称为叫光谱化学系列
那么我们这一页就可以看到所谓光谱化学系列
是吧
碘溴氯
硫氰根氟氢氧根草酸根水
后面还有很多
那么它们是刚才我说的顺序是逐渐增大的
那么最大是哪一个
是一氧化碳和氰
所以氰是中心粒子相同的时候
配体不一样
那么它的分类能是最大的
而碘是最小的
那么同学们说唉呀这个顺序太多了
我记不下
那么好
搞一个简便的顺序表
就是我们看卤素
前面是卤素类卤素
对吧
那么这是一个
然后是氧
我们看到这些是氧
然后是氮这些是氮
包括这个氮
然后最后是碳
最后是碳
那么它的顺序是卤素最小
碳最大
那么跟什么刚好相关
跟这些卤素的和碳的颠覆性刚好相关
就是颠覆性如果越大的话
那么它的这个分裂能能就会越小
这个配体的影响
那么什么规律
有光谱化学序列
把它简化
就是卤素最小
碳最大
第三个就是经济上类型的影响
下面我们看一下
对于四面体场
那么Co（CN）4
他的 不是多少
因为它这个是四面体场
那么是23100
然后到八面体场之后
他就变成33800
可是如果我们到了平面正方形
那么它是35500
所以我们看这个不同的晶场类型
对 这个影响也是比较大的
也是比较大的
那么四面体场是最小的
然后平面正方形最大
那么八面体也是比较大的
所以也是比较大
这是晶场分类能
那么它的影响因素分成三个中心离子
配体和晶体场
那么前面我们用嫁接理论
成功解释了配合物的磁性
那么作为一种进一步的理论晶场理论
肯定也要解释配后的磁性
那么晶场理论如何解释
配后的磁性
那么它这里面用到了这么一个概念
第一个就是分裂能
就是我们前面讲过的
第二个就是叫电子成对能
什么是电子成对能
就是在一个轨道里边
如果只有一个电子进行运动
那么第二个电子进入这个轨道的时候
那么第一个电子会对
第二电子产生斥力
那么要给他一定能力之后
才能把这两个电子成对
那么这个叫电子成对能
那么电子成对能我们用P来表示分裂能
我们用 进行表示
我们用 进行表示
那么他们怎么解释磁性
就是这样的
就是说在不同的分裂能力情况下
由于电子成分能基本不受外场的影响
所以比较分裂能
和成对能的大小
就能够确定电子是成对
还是在不同的分裂之后的能级下成单
好像有点莫名其妙
下面我们通过这个例子来看一下
那么我们这次第五组态
就是说D电子有五个电子的情况
那么它有两种电子排布方式
首先排第一个电子
第二个电子
第三个电子
这三个电子没有任何问题
因为根据能量最低原则
他必须这么排
但是排第四个电子的时候就会产生问题了
它有两种排的方式
第一种它排到分裂之后比较高的能级上去
另外一种
比较低的能级上成对
那么究竟以哪种方式来进行
这个电子排布
这个时候我们就要比较一下
电子成对能和分裂能的大小
如果分裂能比较小
那么电子成对能比较大
按照能量最低原则
它这个电子就应该排到比较高的能级上去
那么同样D5个电子也遇到同样的问题
他要如果分离能小就排到比较高的能级上去
那么第二种情况是什么
如果成对能比较小
而分裂能比较大
因为成对能不会变
但分裂能会变
分裂能比较大的话
那么这个时候它就会先成对
然后
不是分到更高的能级上去
那么我们叫这种排布到
更高能级上的情况为弱场情况
就是说分裂能比较小
所以较弱
然后分类能比较大
我们叫做强场情况
那么强场情况和弱场情况用什么来进行判断
用成对能和分裂能的比较来判断
如果成对能大
我们叫弱场情况
如果分裂能大
我们叫做强场情况
那么下面张图会看得更清楚一些
在正八面体场中
那么如果分裂能比较小
它电子就排到比较高的能级上去
如果分裂能比较大
它就排到比较低的能级上去
那么这就是它对于电子成单和成对的影响
那么它最后的解释的结论是跟价键理论是一样的
但是它的优点在于什么
但是它的优点在于什么
他给出了一个定量的概念
就是说成对能和分裂能的比较
而刚才我们价键理论里边只给出了一个模糊的概念
就是说配体的作用比较大
它就会是内轨型的
如果配体作用比较小就会是外轨型的
因此我们说晶场理论是一个更进步的理论
下面我们再看一下
在这种理论的这个指导下
八面体场的轨道它的排布
我们看除了我们中间这一部分之外
剩下的六种情况都是一样的
因为无论是分裂能大还是成对能大
那么排布都是一样
中间这四种情况
就是说D电子数等于4567这三种情况的话
那么弱场情况就是说成对能比较大的情况
和强场情况分裂能比较大的情况
排列是不一样的
说排列是不一样的
我们看这里边是t2g排和eg排
但是在这里边是尽可能排在T2级轨道上
而没有排这个一级轨道上
那么T2及轨道是什么
T2及轨道就是能量比较低
就在正八面体场中能量比较低的那个轨道
那么一级轨道就是正八面体中
能量比较高的那个轨道
那么这就是由于成对能跟分裂能不同
所以引起的电子排布的不同
那么下面我们再看一下
就是说这张表里边我们给出了两种配合物
一种是Co（CN）6
另外一种是CoF6
根据刚才我们的光谱化学序列的顺序
我们知道CN是最强的
而F最弱的
那么在这里面
为什么叫强
为什么叫弱
我们就看一下
在这里正八面体场配数等于6
所以是正八面体场它的分裂能
对于Co（CN）6 来讲
是67524×10的-20次方
那么对于CoF6来讲
那么仅有它的大概是1/3多一点是25000
25000
那么成对能
它两个都是一样的
都是35000
所以从这里可以看出来
这个一个是分裂能大
另外一个是成对能大
所以成对能的大的这种叫弱场情况
分裂能比较大的较强场情况
那么它给出的电子构型强场情况是3D6
那么弱场情况因为是Co三价离子
所以都是一样的
但是在配合物中的排列
这是t2e6eg0
这种是t2g4eg2
那么没有成对电子对于强场情况是等于0
然后对于弱场情况等于4
那么我们用前面所说的磁天平对它进行称量
我们会实测出来
那么强场情况
它的磁矩也是零
然后
这个弱场情况磁矩不等于0
那么可以算出来成单电子等于四
那么对于强场情况来讲
我们叫低自旋情况
对于弱场情况来讲
我们叫高自旋情况
那么它分别对应什么
第一自旋对应我们价键理论的内轨型配合物
高自旋情况对应的是外外轨型配合物
那么它的杂化轨道类型这里也给出来了
就一个内轨型的
我们前面讲的是d2sp3
外轨型的是sp3d2
那么这里就把两个理论的
对于这个化合物的解释归为一个表
我们可以相互比较一下
那么下面这里面
我们给出了两个例子
来看出来就是说解释词性
对吧
那么Fe(CN)6
CN比较强的
所以它的磁矩等于0
但是这个是硫酸亚铁
然后
七个结晶水
那么这写成配后应该写成什么
应该是水和
硫酸
六水合铁
那么它是一个配备体是水
因此它是弱场配体
其他的磁矩是5.1
那么这是对于磁矩的解释
那么下面我们给出个例子是什么例子
就是给出磁矩一个配合物的磁矩
然后我让我们推断一下
就说这个在这种磁矩下
这个Co这个中心离子它的电子组态是怎么样的
那么我们知道它的磁矩等于4.0
Cc二价离子它是d7组态
它有两种排列方式
一种是t2g5eg2
另外一种是t2g6eg1
那么第一种状态有三个未成熟电子
第二种状态一个未成熟电子
那么它对应的磁矩分别是3.87和1.73
那么根据已知条件
它称出来的是4.0
就它磁矩是跟3.87更接近
那么3.87是哪一种情况
是T2G5EG2有三个未成熟电子
因此我们说它的电子组态是
t2g5eg2
那么这样的话就是成功的利用了
磁学性质推测出来的这个中心离子
它的电子排布
这节课我们讲到这里
-1.1 物质的聚集状态和分压定律
--第1.1节讨论 应用理想气体状态方程的时候应注意哪些问题
--第1.1节测试 物质的聚集状态和分压定律
-1.2 稀溶液的依数性
--第1.2节讨论 为什么讨论稀溶液的依数性时将溶质限定为难挥发非电解质
--第1.2节测试 稀溶液的依数性
-第1章测试 物质的聚集状态
-2.1 化学热力学基本概念
--第2.1节测试 化学热力学基本概念
-2.2 化学反应热效应
--第2.2节测试 化学反应的热效应
-2.3 化学反应热效应计算
--第2.3节测试 化学反应热效应计算
-2.4 化学反应方向判据
--第2.4节测试 化学反应方向判据
-第2章测试 化学热力学基础
-3.1 影响化学反应速率的因素
--第3.1节测试 影响化学反应速率的因素
-3.2 化学反应速率理论
--第3.2节讨论 有人说根据反应方程式可以直接写出速率方程，这种说法对吗？
--第3.2节测试 化学反应速率理论
-3.3 化学平衡理论
--第3.3节测试 化学平衡理论
-3.4 化学平衡移动
--第3.4节测试 化学平衡移动
-第3章测试 化学反应速率与化学反应平衡
-4.1 酸碱理论
--第4.1节讨论 阿雷尼乌斯电离理论、酸碱质子理论和酸碱电子理论各有什么优缺点？
--第4.1节测试 酸碱理论
-4.2 水的电离平衡
--第4.2节测试 水的电离平衡
-4.3 弱酸弱碱平衡
--第4.3节测试 弱酸弱碱平衡
-4.4 盐水解平衡
--第4.4节测试 盐水解平衡
-4.5 缓冲体系
--第4.5节讨论 人体血浆中有哪些缓冲系统，最重要的是哪一个？
--第4.5节测试 缓冲体系
-第4章测试 酸碱平衡
-5.1 溶度积常数
--第5.1节测试 溶度积常数
-5.2 溶度积常数与溶解度换算关系
--第5.2节测试 溶度积常数与溶解度换算关系
-5.3 溶度积规则
--第5.3节测试 溶度积规则
-5.4 影响沉淀生成因素
--第5.4节测试 影响沉淀生成因素
-5.5 分步沉淀
--第5.5节测试 分步沉淀
-5.6 沉淀溶解
--第5.6节测试 沉淀溶解
-5.7 沉淀转化
--第5.7节测试 沉淀转化
-第5章测试 沉淀-溶解平衡
-6.1 原电池
--第6.1节测试 原电池
-6.2 电极电势
--第6.2节测试 标准电极电势
-6.3 Nernst方程
--第6.3节讨论 电池反应和电极反应的能斯特方程有什么异同点？
--第6.3节测试 电极电势Nernst方程
-6.4 电极电势的应用
--第6.4节讨论 怎么解释单质银不能从盐酸溶液中置换出氢气，但可从氢碘酸中置换出氢气
--第6.4节测试 电极电势应用
-6.5 元素电势图及其应用
--第6.5节测试 元素电势图及其应用
-第6章测试 氧化还原平衡
-7.1 玻尔氢原子模型
--第7.1节测试 玻尔氢原子模型
-7.2 波粒二象性
--第7.2节测试 波粒二象性
-7.3 薛定谔方程
--第7.3节测试 薛定谔方程
-7.4 四个量子数
--第7.4节测试 四个量子数
-7.5 波函数角度分布图
--第7.5节测试 波函数角度分布图
-7.6 多电子原子结构
--第7.6节测试 多电子原子结构
-7.7 元素性质的周期性变化
--第7.7节讨论 说说电离能和电子亲合能的变化趋势，其中有哪些特例
--第7.7节测试 元素性质的周期性变化
-第7章测试 原子结构与元素周期律
-8.1 现代价键理论
--第8.1节测试 现代价键理论
-8.2 杂化轨道理论
--第8.2节讨论 sp、sp2、sp3杂化轨道的成键能力的大小次序？
--第8.2节测试 杂化轨道理论
-8.3 价层电子对互斥理论
--第8.3节测试 价层电子对互斥理论
-8.4 分子轨道理论
--第8.4节测试 分子轨道理论
-第8章讨论 为什么说杂化轨道理论和价层电子对互斥理论存在互补关系
-第8章测试 分子结构
-9.1 晶体结构
--第9.1节测试 晶体结构
-9.2 金属键理论与金属晶体
--第9.2节测试 金属键与金属晶体
-9.3 离子键与离子晶体
--第9.3节测试 离子键与离子晶体
-9.4 离子极化理论
--第9.4节测试 离子极化理论
-9.5 分子间力与分子晶体
--第9.5节测试 分子间力与分子晶体
-9.6 氢键
--第9.6节测试 氢键
-第9章测试 晶体结构
-10.1 配位化合物组成及命名
--第10.1节测试 配位化合物组成和命名
-10.2 配合物解离平衡
--第10.2节测试 配合物解离平衡
-10.3 配合物解离平衡的移动
--第10.3节测试 配合物解离平衡移动
-10.4 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
--第10.4节测试 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
-10.5 配合物的晶体场理论
--第10.5节测试 配合物的晶体场理论
-第10章讨论 为什么大多数金属水合离子有颜色，但是锌离子、银离子无色
-第10章测试 配位化学基础
-第11章测试 氢和稀有气体
-第12章测试 碱金属和碱土金属
-第13章测试 硼族、碳族和氮族元素
-第14章测试 氧族元素和卤素
-第15章测试 过渡元素
-动植物体中微量元素的检测
-趣味实验小视频
--糖球烧焦案.m
--指纹重现江湖
--紫甘蓝汁的传奇
