基本介紹
- 中文名：晶體場理論
- 外文名：Crystal-Field Theory
- 晶體場理論：是研究過渡族元素
- 鑭系元素：物理和化學性質
- 著重研究：d軌道和f軌道的影響
- 簡稱：CFT理論
釋義,理論要點,研究內容,分裂能,概念,影響分裂能大小因素,晶體場穩定能和八面體擇位能,理論的套用,
釋義
crystal field theory簡稱CFT理論。化學鍵理論之一。
主要內容：
（2）配體產生的靜電場使金屬原來五個簡併的d軌道分裂成兩組或兩組以上能級不同的軌道，有的比晶體場中d軌道的平均能量降低了，有的升高了。分裂的情況主要決定於中心原子（或離子）和配體的本質以及配體的空間分布。
（3）d電子在分裂的d軌道上重新排布，此時配位化合物體系總能量降低（這個總能量的降低值稱為晶體場穩定化能（CFSE））。晶體場理論能較好地說明配位化合物中心原子（或離子）上的未成對電子數，並由此進一步說明配位化合物的光譜、磁性、顏色和穩定性等。
理論要點
·過渡金屬的離子處於周圍陰離子或偶極分子的晶體場中，前者稱為中心離子，後者稱為配位體。中心離子與配位體之間的作用力是單純的靜電引力，把配位質點當作點電荷來處理 ，不考慮配位體的軌道電子對中心離子的作用。
晶體場理論只能適用於離子晶體礦物，如矽酸鹽、氧化物等。
總之，就是：
2、中心原子的5 個能量相同的d 軌道在周圍配體所形成的負電場的作用下，能級發生分裂。有些d 軌道能量升高，有些d軌道能量則降低。
3、由於d 軌道能級的分聚，中心原子d 軌道上的電子將重新排布，優先占據能量較低的軌道，使系統的總能里有所降低，配合物更穩定。
研究內容
2、四面體場中d軌道能級分裂
3、正方形場中d軌道能級分裂
4、晶體場穩定化能（CFSE）
5、姜—泰勒效應對八面體場的影響
分裂能
概念
分裂後最高能量d軌道的能量與最低能量d軌道能量之差叫做d軌道分裂能（∆）。
影響分裂能大小因素
- 配合物的幾何構型
配體相同時，在接近中心原子距離相同的條件下，根據計算得出，正四面體場中d軌道的分裂能僅為正八面體場的4/9，即—般來說，當中心原子與配體一定時，配合物的幾何構型與分裂能的關係為平面正方形 > 八面體 > 四面體 - 配體的性質
同種中心原與不間配體形成相同構型的配離子時，其分裂能的大小與配體的場強有關。配體場強愈強，分裂能就愈大。碘離子稱為弱場配體，CO稱為強場配體，其他配體是強場還是弱場，常因中心原子不同而不同，一 般情況下位於水 以前的配體都是弱場配體；位於氨以後的配體都是強場配體；介於水和 氨之間的配體稱為中等場配體。從上述光譜化學序列還可以看出，配位原子相同的列在一起。從光譜化學序列還可以粗略看出，配位原子的大小順序為I < Br < Cl < F < O < N < C。 - 中心原子的氧化值
同種配體與同一過渡元素的中心原子形成的配合物，中心原子的氧化值越高，其分裂能就愈大 。這是因為中心原子的氧化值越高，中心原子所帶的正電荷愈多，對配體的吸引力愈大，中心原子與配體之間的距離愈近，中心原子外層的 d 電子與配體之間的斥力愈大，所以分裂能也就愈大。 - 中心原子所在的周期數
當配體相同時，分裂能與中心原子在周期表中所處的周期數有關。相同氧化值同族過渡元素離子所形成的配合物，一 般第二過渡系比第一過渡系的分裂能值大40%〜50%，第三過渡系比第二過渡系大20% -25%。這主要是由於後兩個過渡系金屬離子的d 軌道離核較遠，受配體電場的排斥作用較強所致。
晶體場穩定能和八面體擇位能
過渡族金屬離子在八面體配位中所得到的總穩定能，稱八面體晶體場穩定能。鎘離子、鎳離子、鈷離子等離子將強烈選擇八面體配位位置。
過渡金屬離子在四面體配位中所得到的總穩定能，稱四面體晶體場穩定能。
理論的套用
1、配合物的磁性
（1）當電子對稱能p>∆，高自旋，所有F-的配合物p>∆，高自旋。
（2）當p<∆，低自旋，CN-配合物p<∆，低自旋。
（3）正四面體配合物一般是高自旋∆<p。
（4）對於d1、d2、d3、d8、d9、d10金屬離子配合物不論弱場強場，只有1種排布，無高低自旋。只有d4~d7才分高低自旋。
2、解釋配離子的空間構型:用CFSE判斷。
4、配離子的穩定性：
用CFSE，其值越大，配合物越穩定。
