配體到金屬電荷轉移(ligand-to-metal charge transfer)
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設想一個本來住在配體上的電子——待在裹住金屬的某個氧或氯上——這時光來了,把它向裡拽到金屬原子上。這次向裡的跳躍就是配體到金屬電荷轉移,簡稱 LMCT。在那一瞬間,配體被部分氧化、金屬被部分還原,而完成這次跳躍所需的能量便表現為一條吸收譜帶。
從機制上看,電子起始於一個主要帶配體性質的軌道(一對孤對電子或一個充滿的配體軌道),終止於一個主要帶金屬 d 性質的軌道。當金屬處於高氧化態、因而渴求電子、容易被還原時,以及當配體擁有容易交出的電子(比如硫化物或碘化物這類軟的、易極化的配體)時,這種轉移最易發生。金屬越容易被還原、配體越容易被氧化,LMCT 譜帶的能量就越低,於是它從紫外滑進可見區,化合物便呈現深色。
LMCT 解釋了主族和高氧化態化學中最戲劇性的顏色,恰恰是在 d-d 躍遷幫不上忙的地方。高錳酸根(錳為 +7,d0)和鉻酸根(鉻為 +6,d0)根本沒有 d 電子,所以它們濃烈的紫和黃是純粹的 LMCT——氧的孤對電子被提升到金屬上。同樣的邏輯使許多金屬硫化物呈黑色或深色(硫化物非常容易被氧化),也是 HgI2 的黃色和 CrO3 的橙色背後的原因。一條好用的經驗法則:一個處於高氧化態的金屬上鮮豔、吸收極強的譜帶,幾乎總是 LMCT。
鉻酸根(CrO4 2-)是亮黃色,重鉻酸根(Cr2O7 2-)是橙色,兩者的鉻都是六價 d0。它們都不可能有 d-d 譜帶,所以顏色來自 LMCT:氧的孤對電子被提升到空的鉻 d 軌道裡。能量上的差別正是一個黃、一個橙的原因。
鉻酸根的黃和重鉻酸根的橙都是氧到鉻的 LMCT 譜帶。
金屬越容易被還原,LMCT 的能量越低(顏色越深),這就是為什麼高氧化態加上易被氧化的配體是最濃烈顏色的配方——而正是這種組合也常使這類物種成為強氧化劑。