결정장 이론 (Crystal field theory; CFT) - 고스핀, 저스핀

 

 

 

1. 리간드 세기 

 

I^- < Br^- < Cl^- < OH^- < F^- < H₂O < NH₃ < en < NO₂^- < CN^- < CO

 

• 왼쪽부터 약한 장 리간드 (Weak-field ligand) 오른쪽 CN- 와 CO는 강한 장 리간드이다. (Strong-field ligand) 
• 약한 장 리간드 = Δ(결정장 갈라짐) ↓ ;  강한 장 리간드 = Δ ↑ 

 

 

 

2. High spin vs Low spin

 

a) 팔면체: 배위수 6; Low and High 모두 가능함 (*4주기 전이원소가 가능함, 5~6주기 전이금속은 보통 저스핀임)  

• Δ > P; 저스핀, 강한 장 리간드와 결합했을때   
  • P 짝지음 에너지, 페어링 에너지, 전자쌍 반발 등등으로 불림
• Δ < P; 고스핀, 약한 장 리간드와 결합했을때 
• 다음과 같은 전자배치를 가지는 금속이온은 저스핀과 고스핀에서 홀전자 (스핀)의 수는 동일하다  d₁ ~ d₃, d₈ ~ d₁₀
• d_{4 ~7} 은 고스핀과 저스핀의 홀전자 수가 다르다.  주어진 착물이 상자기성인지 반자기성인지 판단할수 있음

 

b) 정사면체: 배위수 4개; 오직 high spin

 

• 정사면체의 경우 리간드가 축 사이로 들어와서 오비탈과 가깝고 그로인해 반발이 강해 P값이 높음= 고스핀만 가능 
• Δ < P
• 팔면체의 Δ = 사면체의 4/9Δ
• 팔면체의 반대의 배열을 가진다. 

 

c) 평면 사각형: 배위수 4개; 오직 low spin

• 리간드가 x,y축으로 접근함 

 

 

평면 사각형의 갈라짐

 

 

d) 선형: 리간드 2개; 일부 금속이온만 가능함 (Ag+, Au+, Cu+)

• 리간드가 z 축으로 접근함

 

 

각 팔면체,평면 사각형, 정사면체의 오비탈의 위치를 꼭 암기해야함. (높은 수록 에너지 큼)