Was ist die Kristallfeldtheorie?
Die Kristallfeldtheorie beschreibt die elektrische Aktivität zwischen den Atomen einer Übergangsmetallverbindung. Diese Theorie konzentriert sich auf die elektrische Aktivität zwischen Atomen in diesen Verbindungen und dient zur Erklärung der energetischen Eigenschaften einer Übergangsmetallverbindung, einschließlich ihrer Farbe, Struktur und ihres Magnetfelds. Obwohl die Atome innerhalb dieser Verbindungen aneinander gebunden sind, kann die Kristallfeldtheorie nicht verwendet werden, um diese Bindungen zu beschreiben. Diese Theorie war für sich genommen unvollständig und wurde mit der Ligandenfeldtheorie kombiniert, um ein Verständnis der Bindung zwischen Atomen zu vermitteln.
In den 1930er Jahren wurde die Kristallfeldtheorie von den Physikern John Hasbrouck van Vleck und Hans Bleke entwickelt. Diese Wissenschaftler entwickelten ihre Theorie neben der Ligandenfeldtheorie, obwohl sie von dieser getrennt sind. Bald nach der Entwicklung dieser beiden Theorien kombinierten andere Wissenschaftler die Prinzipien der beiden, die nun beide unter Verwendung der modernen Ligandenfeldtheorie untersucht werden. Die Kombination dieser beiden Theorien führte zu einem Gleichungssystem, das die Energiefelder und molekularen Bindungen in bestimmten Arten von Verbindungen besser beschreiben konnte.
Übergangsmetallverbindungen können teilweise unter Verwendung der Kristallfeldtheorie beschrieben werden. Diese Verbindungen bestehen aus Atomen eines bestimmten Metalls, die von Nichtmetallatomen, in diesem Zusammenhang als Liganden bezeichnet, umgeben sind. Die Elektronen dieser verschiedenen Atome interagieren auf eine Weise, die mit Hilfe der Kristallfeldtheorie beschrieben werden kann. Die Bindungen, die sich aus diesen Elektronenwechselwirkungen ergeben, werden ebenfalls unter Verwendung der Ligandenfeldtheorie beschrieben.
Der Begriff Kristallfeld stammt in der Kristallfeldtheorie von dem elektrischen Feld, das von einer Gruppe von Liganden erzeugt wird. Diese Atome erzeugen ein stabiles Energiefeld, in dem ein Übergangsmetall eingeschlossen wird. Diese Felder können in verschiedenen geometrischen Formen vorliegen. Viele Übergangsmetallverbindungen weisen Felder in Form von Würfeln auf, da solche Felder besonders stabil sind und dem Einfluss von Atomen widerstehen können, die sich nicht im System befinden, so dass die Übergangsmetallverbindung stabiler bleibt.
Eine Sache, die die Kristallfeldtheorie besonders gut beschreibt, ist die Färbung einer Übergangsmetallverbindung. Als relativ stabile Struktur bewegen sich die Elektronen eines bestimmten Verbindungstyps in einem begrenzten Bereich auf ihre Kerne zu oder von diesen weg. Dieser Bereich bestimmt die Farbe der Substanz, da er bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert, die der Entfernung entsprechen, die das Elektron bei Anregung zurücklegt. Die absorbierten Wellenlängen sind in dieser Verbindung nicht sichtbar. Stattdessen wird die entgegengesetzte Farbe im Farbkreis reflektiert, wodurch die Substanz ihre sichtbare Farbe erhält.