晶體場理論

為什麼銅鹽溶液是藍色、紅寶石是紅色、鉻化合物是綠色或紫色，而鋅鹽卻無色？為什麼一種鐵錯合物磁性很強、另一種幾乎沒有磁性？晶體場理論是回答過渡金屬這些問題的第一個簡單模型。它關注的是：當其他基團（稱為配體）聚攏在一個金屬離子周圍時，金屬的 d 電子會發生什麼。

訣竅是把每個配體看作一個微小的負電荷點——一對指向金屬的孤對電子，簡化成一個裸露的負電點。自由金屬離子有五個能量相同的 d 軌域（它們是簡併的）。當配體的點電荷擠到金屬周圍時，它們的負電場推擠 d 電子。但五個 d 軌域指向不同方向，於是有的被推得更厲害。直接指向配體的軌域升到較高能量；指向配體之間空隙的軌域則留在較低能量。原本等能的 d 軌域分裂成幾組，被一個能量間隙隔開；這個間隙恰好落在可見光範圍，正是它給這些化合物帶來顏色與磁性。

要誠實看待這個模型。它純粹是靜電的：它假裝金屬與配體之間只是點電荷之間的排斥，完全沒有電子共享。這是個虛構——真實的金屬-配體鍵部分是共價的，把氨或一氧化碳當作一個裸負點很粗糙。然而這個模型在預測分裂模式、顏色、磁性和穩定性趨勢方面出奇地好用，所以它仍是日常的主力。當靜電圖像失效時，化學家就升級到配位場理論，把共價性重新納入。