配合物的電子光譜與磁性

電荷轉移譜帶(charge-transfer band)

/ CT band /

為什麼高錳酸鹽是那樣刺眼濃烈的紫色、鉻酸鹽是那樣飽和的黃色,而硫酸銅不過是柔和的藍色?區別在於顏色背後那種電子跳躍的類型。銅的顏色來自一個微弱、禁阻的 d-d 躍遷;高錳酸鹽的顏色來自電荷轉移譜帶——在這種躍遷裡,電子真的從分子的一部分移到另一部分,在配體與金屬之間轉移。

在電荷轉移躍遷裡,電子不只是在同一金屬上的兩個 d 軌道之間挪動;它跨越金屬-配體鍵,從一個主要位於配體的軌道跳到一個主要位於金屬的軌道(或反過來)。因為這是電荷在真實距離上的實實在在的搬遷,又因為它通常被 Laporte 規則和自旋規則雙雙完全允許,所以它吸收光的強度遠超 d-d 譜帶——莫耳吸光係數是幾萬而不是幾十。這正是顏色如此鮮豔的全部緣由:極少量的吸收離子就給出深沉濃烈的色調。

電荷轉移譜帶按電子行進方向分為兩種:配體到金屬(LMCT)和金屬到配體(MLCT)。它們通常落在紫外區,但當金屬很容易被還原或氧化、或配體很容易被氧化或還原時,譜帶就滑進可見區,造就無機化學中最壯觀的顏色。一個實用的提醒:正因為 CT 譜帶如此之強,哪怕一點點允許電荷轉移的雜質,也能主宰可見光譜、掩蓋底下那些弱得多但更有信息量的 d-d 譜帶。

高錳酸根(MnO4-)呈濃烈的紫色,儘管這裡的錳處於它最高的 +7 氧化態、根本沒有 d 電子——所以它不可能有 d-d 躍遷。它的顏色是一個 LMCT 譜帶:一個來自氧的軌道上的電子被提升到金屬上,這條譜帶強到稀溶液仍深色濃郁。

高錳酸根沒有 d 電子;它的紫色是 LMCT 譜帶,不是 d-d 譜帶。

鮮豔深沉的顏色暗示的是電荷轉移,而不是更強的晶體場;顏色最濃烈的離子(高錳酸根、鉻酸根、重鉻酸根)往往金屬上是零個 d 電子,所以它們的顏色根本不可能來自 d-d。

又稱
CT bandcharge-transfer transition电荷转移跃迁電荷轉移躍遷