配合物的電子光譜與磁性

振動耦合(vibronic coupling)

/ vy-BRON-ic /

如果 Laporte 規則嚴格禁止有對稱中心配合物的 d-d 躍遷,那銅或鎳的溶液怎麼還會有顏色?逃生口在於:分子從來不會僵在原地不動——它們總在搖晃、伸縮、彎曲。振動耦合就是這些振動(振)與電子躍遷(電)的聯姻,它正是一條禁阻譜帶借來剛好夠被看見的強度的途徑。

用直白的步驟說說這個機制。完美八面體有對稱中心,所以它的 d-d 譜帶是宇稱禁阻的。但當分子振動時,某些非對稱的振動——那些把配體一瞬間推離對稱排布的振動——會在一剎那間摧毀那個對稱中心。在那轉瞬即逝的不對稱時刻,分子不再具有當初禁止躍遷的那種對稱性,於是 d 軌道與宇稱為奇的軌道(比如金屬 p 軌道)稍稍混合,一個光子就能被吸收。這個躍遷是騎在振動上的:它之所以被允許,正因為分子被逮在搖晃途中、暫時沒有了對稱中心。

這就是為什麼 Laporte 禁阻的譜帶是微弱而非缺失,也是為什麼它們往往寬而不尖——每一次電子跳躍都披著一片振動能量的展開。它還解釋了一個溫度特徵:把樣品加熱,分子振動更劇烈,不對稱畸變更大更頻繁,於是振動允許的譜帶反而變得更強(降溫則減弱)。所以振動耦合是那一大批八面體過渡金屬配合物之所以有柔和而持久顏色的悄無聲息的原因——若沒有它,選擇定則本會把它們留成無色。

把八面體配合物溶液降溫,會讓它的 d-d 譜帶變尖、變弱:熱運動減少後,分子畸變的時間也減少,於是借給譜帶強度的振動機制起作用的機會變少——這直接演示了正是振動讓禁阻譜帶變得可見。

降溫會減弱振動允許的 d-d 譜帶:打破對稱的搖晃變少了。

振動耦合只為 Laporte(宇稱)規則借來強度;它對自旋禁阻的譜帶幾乎無能為力,那需要的是自旋-軌道耦合。這就是為什麼像錳(II) 這樣雙重禁阻的離子仍幾乎無色。

又稱
vibronic mechanismvibronically allowed transition振电耦合振電耦合