Χρώμα συμπλεγμάτων

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες ιδιότητες των ενώσεων συντονισμού είναι η μεγάλη γκάμα χρωμάτων που δείχνουν. Έχει αποτελέσει θέμα μεγάλου ενδιαφέροντος για τους χημικούς. Γιατί το σύμπλεγμα hexaaquairon(II) εμφανίζεται κόκκινο, αλλά το σύμπλεγμα hexaaquacobalt(II) εμφανίζεται ροζ και το σύμπλοκο hexaaquanickel(II) πράσινο; Η απάντηση σε τέτοια ερωτήματα βρίσκεται στη θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου των ενώσεων συντονισμού. Ωστόσο, πριν το μάθουμε αυτό, είναι σημαντικό να καταλάβουμε γιατί βλέπουμε τα χρώματα εξαρχής. Βλέπουμε το χρώμα σε οποιαδήποτε ένωση όποτε απορροφά ορατή ακτινοβολία.

Χρωματικός τροχός

Πρέπει να γνωρίζετε το φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας CGXUVIMR στο οποίο οι ακτινοβολίες τοποθετούνται με τη σειρά αυξανόμενου μήκους κύματος ή φθίνουσας συχνότητας. Κάθε φορά που προσπίπτει φως διαφορετικών μηκών κύματος σε ένα δείγμα, το δείγμα απορροφά ακτινοβολία μόνο ενός συγκεκριμένου εύρους μηκών κύματος. Εάν απορροφά ακτινοβολία στο ορατό εύρος, τότε βλέπουμε το χρώμα να είναι συμπληρωματικό του χρώματος που απορροφά.

Εάν ένα δείγμα απορροφά το μπλε χρώμα, βλέπουμε το χρώμα να είναι συμπληρωματικό του μπλε, δηλαδή το πορτοκαλί, και αντίστροφα.

Απορροφήθηκε το χρώμα	Εύρος μήκους κύματος (nm)	Μετάδοση χρώματος
Κόκκινο	700-620	Πράσινο
Πορτοκαλί	620-580	Μπλε
Κίτρινο	580-560	Βιολετί
Πράσινο	560-490	Κόκκινο
Μπλε	490-430	Πορτοκαλί
Βιολετί	430-380	Κίτρινο

Εάν η ένωση απορροφά ακτινοβολία που δεν βρίσκεται στην ορατή περιοχή, εμφανίζεται λευκό ή άχρωμο.

Σημασία του χρώματος των συμπλεγμάτων

Το χρώμα των συμπλεγμάτων οφείλεται σε ηλεκτρονικές μεταβάσεις μεταξύ διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων. Η μετάβαση γίνεται από ένα d-τροχιακό σε ένα άλλο d-τροχιακό. Αλλά πώς είναι δυνατόν εάν όλα τα d-τροχιακά είναι ίσα σε ενέργεια, δηλ. εκφυλισμένα; Τα d-τροχιακά του μετάλλου είναι πράγματι εκφυλισμένα. Ωστόσο, η ενέργειά τους αλλάζει όταν έρχονται κοντά σε έναν συνδέτη.

Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου (CFT). Η CFT δηλώνει ότι η σύνδεση μεταξύ μετάλλου και προσδέματος συμβαίνει καθαρά από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο. Ως προς αυτό, αντιμετωπίζουμε τους συνδέτες ως σημειακά φορτία στην περίπτωση ανιόντων και σημειακά δίπολα στην περίπτωση ουδέτερων μορίων. Λόγω αυτών των σημειακών φορτίων/διπόλων, χάνεται ο εκφυλισμός των d-τροχιακών. Χωρίζονται σε δύο διαφορετικά σύνολα τροχιακών που έχουν διαφορετικές ενέργειες. Αυτός ο διαχωρισμός συμβαίνει διαφορετικά σε οκταεδρικά και τετραεδρικά συμπλέγματα.

CFT σε οκταεδρικά συγκροτήματα

Σε μια οκταεδρική ένωση, το μεταλλικό τροχιακό μπορεί να βρίσκεται κατά μήκος των αξόνων x, y και z ή μεταξύ τους. Τα τροχιακά dx2-y2 και dz2 δείχνουν προς τους άξονες κατά μήκος των οποίων πλησιάζει ο συνδετήρας και βιώνουν περισσότερη ηλεκτροστατική απώθηση, η οποία τους αναγκάζει να αυξηθούν σε ενέργεια. Από την άλλη πλευρά, οι λοβοί των τροχιακών dxy, dyz και dxz βρίσκονται ανάμεσα στους άξονες. Έτσι, δεν βιώνουν απώθηση απευθείας από τον συνδέτη. Ως αποτέλεσμα, μειώνονται σε ενέργεια.

Όταν ο συνδέτης είναι ένας συνδέτης ισχυρού πεδίου, τότε η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο ομάδων τροχιακών είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με όταν ο συνδέτης είναι ασθενούς πεδίου. Στην πρώτη περίπτωση, τα ηλεκτρόνια απορροφούν ακτινοβολία μικρότερου μήκους κύματος (ή υψηλότερης ενέργειας) για να μεταβούν στο ανώτερο ενεργειακό επίπεδο. Τέτοιες ενώσεις εμφανίζονται κόκκινες, πορτοκαλί ή κίτρινες.

Όταν η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο ομάδων τροχιακών είναι χαμηλή, το ηλεκτρόνιο απορροφά ακτινοβολία χαμηλής ενέργειας και η ένωση εμφανίζεται μπλε, μοβ ή πρασινωπό.

Οι συνδέτες έχουν ταξινομηθεί σύμφωνα με την ισχύ πεδίου τους στην παρακάτω φασματοχημική σειρά:

Οι συνδέτες που βρίσκονται στα αριστερά αυτής της σειράς είναι συνδέτες αδύναμου πεδίου και αυτοί που βρίσκονται στα δεξιά είναι ισχυροί συνδέτες πεδίου.

CFT σε τετραεδρικά συμπλέγματα

Η διάσπαση εδώ είναι αντίθετη από το πώς συμβαίνει στα οκταεδρικά συγκροτήματα. Τα dx2-y2 και dz2 σχηματίζουν ένα σύνολο τροχιακών που έχουν μικρότερη ενέργεια. Τα dxy, dyz και dxz σχηματίζουν ένα σύνολο t2 τροχιακών που είναι υψηλότερη σε ενέργεια. Το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο είναι χαμηλότερο από αυτό στα οκταεδρικά συμπλέγματα.

Μεταφορά φόρτισης συνδέσμου σε μέταλλο (LMCT)

Μερικές φορές, το χρώμα των συμπλεγμάτων εμφανίζεται ακόμη και όταν δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στα d-τροχιακά του μετάλλου. Αυτό συμβαίνει λόγω της μεταφοράς ηλεκτρονίων από τους συνδέτες στο κενό τροχιακό του μετάλλου. Παρατηρείται στην περίπτωση συμπλεγμάτων όπως Mn2O7- (έντονο βιολετί χρώμα), CrO42- (έντονο πορτοκαλί χρώμα) κ.λπ.

Συμπέρασμα

Συζητήσαμε γιατί μπορούσαμε να δούμε χρώματα στην πραγματική ζωή σε αυτό το χρώμα των πολύπλοκων νότων. Στις ενώσεις συντονισμού, το χρώμα προκύπτει λόγω των ηλεκτρονικών μεταβάσεων d-d. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου. Για να κατανοήσετε το νόημα των συμπλεγμάτων, είναι σημαντικό να διατηρήσετε το CFT. Η CFT συμβαίνει διαφορετικά σε οκταεδρικά και τετραεδρικά σύμπλοκα. Η κατανόηση της φασματοχημικής σειράς των προσδεμάτων είναι σημαντική για την κατανόηση των διαφορών στο χρώμα των ενώσεων. Το LMCT μπορεί να δώσει χρώματα σε ενώσεις όπου οι ηλεκτρονικές μεταβάσεις d-d δεν είναι δυνατές.