d电子数
/ written d-n, e.g. d6 is 'd six' /
当化学家描述一个过渡金属配合物时,他们不断说“铁(III)是 d5”或“这是个 d8 金属”之类的话。这种简写背后是一个简单的计数:当金属成为它在配合物中的那个离子之后,它的 d 轨道里还剩多少电子。一个过渡金属配合物关于颜色、磁性、几何和稳定性的几乎一切,都随这一个数字而变。
求它的方法:从中性金属所在的族出发,减去氧化态。更利落的说法:对第一过渡系金属,d 电子数等于族数(金属的总价电子数)减去氧化态。铁在第 8 族,所以铁(III) 是 8 - 3 = d5,铁(II) 是 8 - 2 = d6。锰(第 7 族)作 Mn(II) 是 d5;铜(第 11 族)作 Cu(II) 是 d9;钛(IV) 是 d0。一个容易绊倒初学者的要点:过渡金属电离时,先失去外层 s 电子,然后才轮到 d 电子,所以中性铁的 4s2 3d6 构型,在 Fe2+ 中就只剩 3d6——离子中不必再操心剩下的 4s 电子。
d 电子数是通向本学科成键部分的门户。在给定的几何中,d 轨道会分裂成若干组,而这 dn 个电子如何填入这些组——是铺开(高自旋)还是配对(低自旋)、获得多少晶体场稳定化能、d8 金属是否偏好平面正方形——全都由这个计数连同配位场共同决定。它也是 18 电子规则的基础,因为该规则所累加的,正是 d 电子加上配体提供的电子。
铁位于第 8 族。在 Fe2+ 中它失去两个电子,剩下 3d6(一个 d6 离子);在 Fe3+ 中失去三个,剩下 3d5(一个 d5 离子)。注意 4s 电子先失去,所以离子中绝不写 4s——计数完全落在 d 轨道上。
用族数减去氧化态;外层 s 电子在任何 d 电子之前先失去。
一个常见的失误是在离子中保留 4s 电子。对过渡金属阳离子,4s 在 3d 之前先空出,所以 Fe2+ 是 3d6,而不是 4s2 3d4。用“族数减氧化态”来数 d 电子,就能避开这个陷阱。