配合物的电子光谱与磁性

拉卡参数(Racah parameter)

/ RAH-kah, B /

两个电子挤进金属离子那小小的 d 轨道里,会彼此排斥,而这种排斥要付出能量。拉卡参数就是化学家用来衡量这种电子间排斥有多强的那个数。完整地说有三个——记作 A、B、C——但你时常碰到的是 B,因为它决定了自旋相同的自由离子谱项之间的能量间隔,因而掌控着配合物光谱的很大一部分。

可以把 B 想成衡量 d 电子被挤得有多紧的一把尺子。在自由的气态离子里,B 有一个特征值(几百到约一千波数,视金属及其电荷而定)。它是绘制田边-菅野图的天然单位——两根轴都以 B 标度——所以当你拟合一段光谱时,你一次抽出两个数字:delta-o(配位场分裂)和 B(排斥)。自旋允许谱带的能量同时依赖于这两者,这就是为什么你需要用比值把它们拆解开。

B 之所以如此富有启示,是因为金属一旦成键它就会缩小,而缩小的多少衡量着共价性。在配合物里,d 电子不再被禁锢在金属上——它们因成键部分共价而稍稍扩散到配体上——所以它们彼此排斥得少了,B 便降到它自由离子值以下。这种减小就是电子云扩展(nephelauxetic)效应,而 配合物中的 B 与 自由离子的 B 之比,是金属-配体键有多共价的直接量度。诚实的提醒:这恰恰是纯点电荷晶体场图景失效之处——B 被减小,正是光谱学的坦白:真实的键并非纯静电的——这就是为什么需要配位场理论。

自由的 Co3+ 的拉卡参数 B 约为 1100 波数,但在 [Co(NH3)6]3+ 里拟合得到的 B 降到约 650——大约是自由离子值的 60%。这个电子云扩展比值告诉你,钴-氮键带有相当的共价性,把 d 电子分摊到氨配体上。

B 从自由离子到配合物下降——用光谱测出的共价性。

晶体场理论把配体当作裸点电荷,会预言 B 在配合物里不应改变;而 B 总是下降这一事实,正是成键部分共价的直接实验证据——也正是配位场模型存在以填补的那道缝隙。

又称
Racah parameter Binterelectronic repulsion parameter电子间排斥参数電子間排斥參數