晶体场理论

为什么铜盐溶液是蓝色、红宝石是红色、铬化合物是绿色或紫色，而锌盐却无色？为什么一种铁配合物磁性很强、另一种几乎没有磁性？晶体场理论是回答过渡金属这些问题的第一个简单模型。它关注的是：当其他基团（称为配体）聚拢在一个金属离子周围时，金属的 d 电子会发生什么。

诀窍是把每个配体看作一个微小的负电荷点——一对指向金属的孤对电子，简化成一个裸露的负电点。自由金属离子有五个能量相同的 d 轨道（它们是简并的）。当配体的点电荷挤到金属周围时，它们的负电场推挤 d 电子。但五个 d 轨道指向不同方向，于是有的被推得更厉害。直接指向配体的轨道升到较高能量；指向配体之间空隙的轨道则留在较低能量。原本等能的 d 轨道分裂成几组，被一个能量间隙隔开；这个间隙恰好落在可见光范围，正是它给这些化合物带来颜色与磁性。

要诚实看待这个模型。它纯粹是静电的：它假装金属与配体之间只是点电荷之间的排斥，完全没有电子共享。这是个虚构——真实的金属-配体键部分是共价的，把氨或一氧化碳当作一个裸负点很粗糙。然而这个模型在预测分裂模式、颜色、磁性和稳定性趋势方面出奇地好用，所以它仍是日常的主力。当静电图像失效时，化学家就升级到配位场理论，把共价性重新纳入。