双语化学辞典Chem Lexicon
研究生Graduate 配位化学与晶体场 Coordination chemistry & ligand fields

分裂能的因子分解与电子云扩展效应Ligand-field splitting factorisation & nephelauxetic effect

\[\Delta_\mathrm{o} \approx f_\text{配体}\cdot g_\text{金属}\ (10^3\ \mathrm{cm^{-1}}),\qquad \beta = \frac{B_\text{配合物}}{B_\text{自由离子}} = 1 - h_\text{配体}k_\text{金属}\]\[\Delta_\mathrm{o} \approx f_\text{ligand}\cdot g_\text{metal}\ (10^3\ \mathrm{cm^{-1}}),\qquad \beta = \frac{B_\text{complex}}{B_\text{free ion}} = 1 - h_\text{ligand}k_\text{metal}\]

含义Meaning

约根森经验关系:分裂能可近似分解为配体因子 f 与金属因子 g 的乘积;拉卡参数 B 在配合物中减小(电子云扩展),减小程度按配体排成电子云扩展序列。

Jørgensen’s relations: Δo ≈ f(ligand) × g(metal); the Racah parameter B shrinks in complexes (cloud expansion), ordering ligands in the nephelauxetic series.

符号说明Symbols

符号Symbol含义 Meaning单位 Unit
\(f\)配体因子(H₂O = 1.00,NH₃ 1.25,CN⁻ 1.7)ligand factor (H₂O 1.00, NH₃ 1.25, CN⁻ 1.7)1
\(g\)金属因子(Cr³⁺ 17.4,Co³⁺ 18.2,Rh³⁺ 27)metal factor (Cr³⁺ 17.4, Co³⁺ 18.2, Rh³⁺ 27)10³ cm⁻¹
\(B\)拉卡参数(电子间排斥)Racah parametercm⁻¹
\(\beta\)电子云扩展比nephelauxetic ratio1

推导Derivation

  1. 光谱化学序列:I⁻ < Br⁻ < Cl⁻ < F⁻ < OH⁻ < H₂O < NH₃ < en < bpy < NO₂⁻ < CN⁻ ≈ CO(σ 给体弱 / π 给体 → 强 σ 给体 / π 受体)。

    Spectrochemical series from weak (π-donor halides) to strong (π-acceptor CN⁻, CO).

  2. 由电子光谱测出 Δo 与 B,统计大量配合物得到可分离的 f、g 和 h、k。

    Δo and B from spectra across many complexes yield separable f, g, h, k.

  3. B 减小说明金属 d 轨道与配体共价混合、电子云扩展,排斥降低。

    Smaller B reveals covalent d–ligand mixing.

适用条件与局限Assumptions & limitations

  • 经验近似,误差约 10%;对强 π 作用体系偏差更大。

    Empirical, ~10 % accuracy; worse for strongly π-bonded systems.

例题Worked example

[Cr(NH₃)₆]³⁺:Δo ≈ 1.25×17.4×10³ = 21 750 cm⁻¹(实测 21 550)。

[Cr(NH₃)₆]³⁺: Δo ≈ 21 750 cm⁻¹ (observed 21 550).