Qual è la teoria del campo di cristallo?
La teoria dei campi di cristallo descrive l'attività elettrica tra gli atomi di un composto di metallo di transizione. Con un focus sull'attività elettrica tra gli atomi in questi composti, questa teoria serve a spiegare le proprietà energetiche di un composto di metallo di transizione, inclusi il suo colore, struttura e campo magnetico. Sebbene gli atomi all'interno di questi composti siano legati tra loro, la teoria del campo di cristallo non può essere utilizzata per descrivere questi legami. Di per sé incompleta, questa teoria è stata combinata con la teoria dei campi ligando al fine di incorporare una comprensione del legame tra atomi.
Negli anni '30, la teoria del campo di cristallo fu sviluppata dai fisici John Hasbrouck van Vleck e Hans Bleke. Questi scienziati hanno sviluppato la loro teoria insieme alla teoria dei campi di ligando, sebbene separata da quella. Poco dopo lo sviluppo di queste due teorie, altri scienziati hanno unito i principi delle due, che ora sono entrambi studiati secondo la moderna teoria dei campi di ligando. La combinazione di queste due teorie ha creato un sistema di equazioni in grado di descrivere meglio i campi energetici e i legami molecolari all'interno di alcuni tipi di composti.
I composti di metalli di transizione possono essere parzialmente descritti usando la teoria del campo di cristallo. Questi composti sono costituiti da atomi di un particolare metallo che sono circondati da atomi non metallici, chiamati ligandi in questo contesto. Gli elettroni di questi diversi atomi interagiscono in modi che possono essere descritti usando la teoria del campo di cristallo. I legami che derivano da queste interazioni elettroniche sono anche descritti usando la teoria dei campi di ligando.
Il termine campo di cristallo, nella teoria del campo di cristallo, deriva dal campo elettrico generato da un gruppo di ligandi. Questi atomi generano un campo di energia stabile all'interno del quale un metallo di transizione rimane intrappolato. Questi campi possono presentarsi in diverse forme geometriche. Molti composti di metalli di transizione hanno campi che hanno la forma di cubi perché tali campi sono particolarmente stabili e possono resistere all'influenza di atomi che non sono nel sistema in modo che il composto di metallo di transizione rimanga più stabile.
Una cosa che la teoria del campo di cristallo è particolarmente brava a descrivere è la colorazione di un composto di metallo di transizione. Come struttura relativamente stabile, gli elettroni in un particolare tipo di composto si spostano verso o lontano dai loro nuclei entro un intervallo limitato. Questa gamma determina il colore della sostanza perché assorbe determinate lunghezze d'onda della luce che corrispondono alla distanza che l'elettrone si muove quando eccitato. Le lunghezze d'onda che vengono assorbite non sono visibili in questo composto. Invece, il colore opposto, come si vede sulla ruota dei colori, viene riflesso indietro, dando alla sostanza il suo colore visibile.