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과학

결정장 이론

결정장 이론과학
영어
Crystal field theory
약칭
CFT
핵심 효과
d 오비탈 에너지 분리
모형의 한계
공유 결합 성격을 단순화
결정장 이론은 리간드가 만드는 정전기적 환경 때문에 중심 금속의 d 오비탈 에너지가 갈라지는 현상을 설명하는 모형이다. 배위 구조와 전자 배치에 따라 착물의 색과 자기적 성질을 해석하는 데 쓰인다.

고립 이온과 배위 환경

고립된 자유 금속 이온에서 같은 d 부껍질의 오비탈들은 외부 방향에 따른 차이가 없다. 리간드가 특정 방향으로 접근하면 오비탈마다 전자 밀도가 향하는 방향이 달라 같은 정도로 영향을 받지 않는다. 그 결과 에너지의 축퇴가 풀릴 수 있다.

팔면체의 두 묶음

팔면체 배치에서는 축을 향하는 두 e_g 오비탈이 축 사이를 향하는 세 t₂g 오비탈보다 높아지는 기본 분리를 얻는다. 에너지 차를 Δ_o로 표시한다. 이 구분은 팔면체 환경에 대한 것이므로 다른 배치의 분리 순서를 같은 이름만으로 추정해서는 안 된다.

짝짓기와 스핀

전자는 낮은 오비탈에 짝을 이룰지 높은 오비탈을 따로 채울지 에너지 비용을 비교한다. 분리 에너지와 전자 짝짓기 에너지의 상대 크기에 따라 가능한 d 전자 배치에서 고스핀과 저스핀 상태가 달라질 수 있다. 홀전자 수가 달라지면 자기적 반응도 달라진다.

색을 설명하는 범위

빛 흡수로 분리된 상태 사이의 전이가 일어날 수 있지만 관측 색은 흡수된 파장 자체와 같지 않다. 또한 모든 착물의 색이 d 오비탈 사이 전이에서만 나오는 것은 아니다. 금속과 리간드의 공유 결합 및 전하 이동을 더 자세히 다루려면 확장된 결합 모형이 필요하다.

관련 문서

배위 화합물 / 원자 오비탈 / 전자 스핀 / 파울리 배타 원리 / 전이 금속 / 빛 / 자화 / 분자 오비탈