高自旋与低自旋配合物
/ hy-spin / loh-spin /
当一个金属离子有四到七个 d 电子时，自然面临一个抉择。电子应当尽量铺开、占据尽可能多的轨道、保持自旋平行吗？还是应当挤进最低的轨道、即使同轨道的伙伴彼此排斥也要配对？前一种选择给出多未成对电子的高自旋配合物；后一种给出少未成对电子的低自旋配合物。哪一种胜出，是过渡金属化学中后果最重大的决定之一。
设想一个八面体场中的 d6 离子，三个较低的 t2g 轨道与两个较高的 eg 轨道被 delta-o 隔开。前三个电子各自落入 t2g。第四个电子此刻陷入两难：它要么与 t2g 中已有的电子配对——付出成对能 P，即把两个电子塞进同一轨道的代价——要么爬升到较高的 eg 组、改付分裂能 delta-o。较便宜的一方胜出。若 delta-o 大（强场配体），配对更便宜，电子堆进 t2g，得到配对最多的低自旋。若 delta-o 小（弱场配体），爬升更便宜，电子铺进 eg，得到未成对自旋最多的高自旋。所以规则很简单：把 delta 与 P 相比较。
这就是为什么磁性是自旋态的直接读数，也是为什么同一金属在一种配合物里有磁性、在另一种里几乎没有。[Fe(H2O)6]2+ 是高自旋 d6、有四个未成对电子（顺磁），而 [Fe(CN)6]4- 是低自旋 d6、没有未成对电子（抗磁）——同样的 Fe2+、相反的自旋态，因为氰根的大 delta 胜过成对能，而水的小 delta 胜不过。一个要紧的诚实之处：自旋态由 delta 与 P 的平衡决定，不是单凭金属，它同样取决于配体。
八面体 d6：高自旋把 t2g 填四个电子（一对加两个单的）、eg 填两个，留下四个未成对；低自旋把全部六个塞进 t2g、成三对，留下零个未成对。测量磁矩立刻告诉你手里是哪一种——也就告诉你 delta-o 是否胜过了成对能。
通过磁性数清未成对电子，就直接揭示是高自旋还是低自旋。
高自旋/低自旋的抉择只在八面体场的 d4 到 d7 之间出现；d1、d2、d3、d8、d9、d10 填充能级只有一种方式，因此没有自旋态的模糊，而四面体配合物几乎总是高自旋，因为 delta-t 太小、永远胜不过 P。