晶體場與配位場理論

sigma 給予

/ SIG-ma do-NAY-shun /

配體究竟是怎樣附著到金屬上的?最基本的方式是配體正面向金屬遞上一對電子。一個水分子、一個氨、一個氯——各有一對朝外的孤對電子,它把這對孤對正對金屬,沿連接二者的連線成鍵。像這樣沿鍵軸端對端地把一對孤對電子給入金屬,就是 sigma 給予。它是配位鍵的家常便飯。

sigma 一詞來自所成鍵的對稱性:sigma 鍵繞金屬-配體軸呈柱對稱,電子密度直接堆在兩原子之間。用分子軌域的語言說,配體已填滿的給體軌域與一個朝向它的空金屬軌域交疊。在八面體錯合物裡,能接受這種正面給予的金屬軌域,恰恰是指向配體的那些——eg 型 d 軌域(dz2、dx2-y2)連同金屬的 4s 和 4p。配體孤對與這些金屬受體軌域組合成成鍵分子軌域(已填滿、容納被給予的電子)和反鍵分子軌域(d 電子部分佔據的 eg* 組)。僅這套 sigma 框架就足以把 eg 組頂高、產生類似晶體場的分裂。

sigma 給予是整個配位場賴以建立的地基:它設定 delta 的基線大小,sigma 給體越強、分裂越大。像氨以及有機金屬化學中的碳負離子這樣的強 sigma 給體把 delta 推高;較弱的給體使其保持低位。當存在 pi 鍵時,它再在這條 sigma 基線之上進一步把 delta 調高或調低——但若沒有 sigma 給予,就根本沒有金屬-配體鍵、也就沒有錯合物。

氨是純粹的 sigma 給體:它的氮孤對正對金屬、正面給予,沒有 pi 軌域來添亂。正是這種乾淨而強的 sigma 給予,讓氨在光譜化學序列中位置頗高,也讓 [Co(NH3)6]3+ 這類氨錯合物有相當大的 delta。

一對正對金屬的孤對電子,構成最簡單、最普遍的配位鍵。

單憑 sigma 給予會讓金屬更富電子、在其上累積負電荷;在許多真實錯合物裡,pi 受體配體會把部分電子密度抽回來以緩解這一點,所以 sigma 與 pi 鍵常常協同配合、而非各自孤立運作。

又稱
sigma donor bondingσ 给电子sigma 配位