晶體場與配位場理論

電子雲擴展效應

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這個詞看著嚇人,但它的希臘詞根不過是雲擴展之意(nephele 雲;auxesis 增長)。其想法很溫和:當金屬離子與配體成鍵時,它的 d 電子不再像裸離子裡那樣擠得那麼緊。d 雲稍稍鼓脹開來,因為電子得以鋪到配體上。電子雲擴展效應就是成鍵時 d 電子雲的這種膨脹,它是共價性最清晰的指紋之一。

我們怎樣看見一團雲膨脹?我們測量 d 電子彼此排斥的強弱。在自由離子裡,d 電子擠得很近、排斥很強;這種排斥由稱為拉卡參數(尤其是 B)的量來刻畫。當同一離子與配體成鍵時,B 比自由離子值更小——通常是它的 70 到 90 個百分點。更小的 B 意味著電子彼此排斥更弱,也就意味著它們鋪在更大的體積裡:雲膨脹了。成鍵 B 與自由離子 B 之比,叫做 beta,直接度量這一效應;beta 越小,雲膨脹得越多、鍵越共價。

按配體擴展雲的強弱排序,得到電子雲擴展序列,大致從 F-(擴展最少、最離子性)經水、氨、氯、溴,到碘、硫和 CN-(擴展最多、最共價)。注意這與光譜化學序列並不相同——它排的是共價性,而非場強。這一效應之所以要緊,是因為它提醒你裸離子圖像高估了電子排斥,它必須被納入精確的光譜(錯合物內部的成對能因同樣的緣故而減小),它還給出一個乾淨、定量的把柄,來衡量某個金屬-配體鍵究竟有多共價。

對一個 Cr(III) 離子,拉卡參數 B 從自由離子約 920 cm-1 降到 [Cr(H2O)6]3+ 中約 640 cm-1,遇到像氯這樣更共價的配體還會更低。這下降的 B(beta 遠低於 1)就是 d 雲鋪到配體上——可以用一個數字讀出的共價性。

縮小的拉卡參數 B,是鍵有多共價的一個直接、定量的量度。

電子雲擴展序列與光譜化學序列是兩種不同的排序,切勿混淆:一個按共價性(雲膨脹多少)給配體排序,另一個按場強(delta 多大)排序,同一配體在兩者中可以排得不同。

又稱
cloud-expanding effectnephelauxetic series云扩展效应電子雲膨脹效應