配合物的电子光谱与磁性

电荷转移谱带(charge-transfer band)

/ CT band /

为什么高锰酸盐是那样刺眼浓烈的紫色、铬酸盐是那样饱和的黄色,而硫酸铜不过是柔和的蓝色?区别在于颜色背后那种电子跳跃的类型。铜的颜色来自一个微弱、禁阻的 d-d 跃迁;高锰酸盐的颜色来自电荷转移谱带——在这种跃迁里,电子真的从分子的一部分移到另一部分,在配体与金属之间转移。

在电荷转移跃迁里,电子不只是在同一金属上的两个 d 轨道之间挪动;它跨越金属-配体键,从一个主要位于配体的轨道跳到一个主要位于金属的轨道(或反过来)。因为这是电荷在真实距离上的实实在在的搬迁,又因为它通常被 Laporte 规则和自旋规则双双完全允许,所以它吸收光的强度远超 d-d 谱带——摩尔吸光系数是几万而不是几十。这正是颜色如此鲜艳的全部缘由:极少量的吸收离子就给出深沉浓烈的色调。

电荷转移谱带按电子行进方向分为两种:配体到金属(LMCT)和金属到配体(MLCT)。它们通常落在紫外区,但当金属很容易被还原或氧化、或配体很容易被氧化或还原时,谱带就滑进可见区,造就无机化学中最壮观的颜色。一个实用的提醒:正因为 CT 谱带如此之强,哪怕一点点允许电荷转移的杂质,也能主宰可见光谱、掩盖底下那些弱得多但更有信息量的 d-d 谱带。

高锰酸根(MnO4-)呈浓烈的紫色,尽管这里的锰处于它最高的 +7 氧化态、根本没有 d 电子——所以它不可能有 d-d 跃迁。它的颜色是一个 LMCT 谱带:一个来自氧的轨道上的电子被提升到金属上,这条谱带强到稀溶液仍深色浓郁。

高锰酸根没有 d 电子;它的紫色是 LMCT 谱带,不是 d-d 谱带。

鲜艳深沉的颜色暗示的是电荷转移,而不是更强的晶体场;颜色最浓烈的离子(高锰酸根、铬酸根、重铬酸根)往往金属上是零个 d 电子,所以它们的颜色根本不可能来自 d-d。

又称
CT bandcharge-transfer transition电荷转移跃迁電荷轉移躍遷