当前位置 ->§ 6 多原子分子二 -> 6.3 配位场理论 -> 6.3.4 强场方案

四.强场方案


   当配体与中心离子间的作用很强,大于中心离子价电子间的作用时,我们处理配合物分子轨道时,先考虑配体场对中心离子 d电子的影响,再考虑 d电子间的相互作用,这样处理称之为强场方案。

中心离子的 d轨道在八面体场 (Oh)分裂成 Eg T2g两个能级,我们以 d2为例说明。两个 d电子填充在两个能级不同的轨道上有 3种可能: 1.两个电子都填充在能量较低 t2g轨道上, 2.一个填在 t2g,另一个填在 eg上, 3.两个都填在能量较高的 eg轨道上,即:

(1) (由于 Oh场中都是对称表示,以下略去 g下标 )

t2是三重简并的轨道,每个电子又可以自旋向上,自旋向下两种方式填入这三个轨道,即有六种选择。两个电子在六种选择中填充,有共 15种状态。两个电子填充在 t2轨道上,它们以某种方式偶合,该状态可用两个单电子不可约表示的直积来表示。即以两个 t2不可约表示的特征标相乘,得到一个可约表示,再用以下公式将可约表示分解为不可约表示的直和。

还要进一步确定这些谱项的多重性, A1为一种状态, E为二重简并状态, T1 T2为三重简并,若每个都是单态,又包含 9种状态,还应有 1个三重简并的三重态,或( A1+E)是三重态,我们参考一下弱场方案的谱项,可定出 T1为三重态,即 1A+1E+3T1+1T2

(2)

对于 1个电子填在 t2g轨道有 6种选择, 1个电子填在 eg轨道有 4种选择,合起来共有 24种状态:

t2 e不可约表示的直积为一可约表示,再进行群分解,可得到 2 t1 2 t2四个不可约表示的直和,若都是单态,仅有 12个状态,故应是 2个单态 2个三重态,即 1T1+1T2+3T1+3T2

(3)

一个电子填在 eg轨道有 4种选择, 2个电子填在 eg轨道 (),有 6种选择,即

这样,我们得到了 d2组态在强场中先分成 3种情况,然后对 3种情况的状态用点群不可约表示直积处理,最后群分解,得到 3种情况中 2个电子相互作用产生的谱项能级分裂,将这些结果画在图的右边,与弱场的左图联系起来,得到 d2离子在八面体场中的能级相关图。

图6-15 d 2离子在八面体场中的能级相关图

对于弱配体(卤素等配体)的配合物,该图的左边可用于光谱的磁学数据的解释,对于强配体(如 CO CN- 等)配合物,则遵循图右边的能级分裂关系。对于介于强弱配体之间的,如 H2O NH3等配体形成的化合物,我们可从两种方案的连线中的某一位置,得到化合物基态与激发态的关系。

同理,我们也可得到 d3 d4 d5组态在八面体场中的能级相图。

(4)空穴规则:

前面曾提到: d2 d8 d3 d7 d4 d6 dn d10-n对弱场体系有完全相同的能级分裂,对强场体系 d2 d8

t2g轨道能级较低, t2g轨道电子填得越多,能级越低,所以 d8组态的三种情况中能量最低,其次,能级最高,在 d8组态中要把部分的能级分裂整体移到最低处,这部分放在最高,即可得到 d8组态八面体场中的能级相关图。

(5)更普遍的关系:

以上是讨论 dn组态在八面体场中能级相关,对四面体场( Td), d轨道分裂也是 e t2,只是能量颠倒过来,所以我们可以提出更普遍的关系:互为颠倒关系。

dn(八面体 ) d10-n(四面体 ) dn(四面体 ) d10-n(八面体 )

我们只要作出下列几种相关图: d1(八面体 ) d2(八面体 ) d3(八面体 ) d4(八面体 ) d5(八面体 )就能得到 d1-d9在八面体和四面体环境中 18种可能情况的相关图。其中 d5是特殊的,它四种相关图是等同的,因为 n=5时, dn=d10-n,且 d5(八面体 )=d5(四面体 )。

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