クリスタルフィールド理論とは？

結晶場理論は、遷移金属化合物の原子間の電気的活性を表します。 これらの化合物の原子間の電気的活動に焦点を当てて、この理論は、色、構造、磁場などの遷移金属化合物のエネルギー特性を説明するのに役立ちます。 これらの化合物内の原子は互いに結合していますが、結晶場理論を使用してこれらの結合を説明することはできません。 単独では不完全ですが、この理論は、原子間の結合の理解を組み込むために、リガンド場の理論と組み合わされました。

1930年代に、結晶場理論は物理学者ジョンハスブルックヴァンフレックとハンスブレケによって開発されました。 これらの科学者は、リガンド場理論とは別に、理論を発展させました。 これらの2つの理論が開発されて間もなく、他の科学者たちは2つの原理を組み合わせました。現在は両方とも現代の配位子場理論の下で研究されています。 これらの2つの理論の組み合わせにより、特定のタイプの化合物内のエネルギー場と分子結合をよりよく説明できる方程式系が作成されました。

遷移金属化合物は、結晶場理論を使用して部分的に説明できます。 これらの化合物は、この文脈ではリガンドと呼ばれる非金属原子に囲まれた特定の金属原子で構成されています。 これらの異なる原子の電子は、結晶場理論を使用して説明できる方法で相互作用します。 これらの電子相互作用から生じる結合も、配位子場理論を使用して説明されます。

結晶場の理論では、結晶場という用語は、リガンドのグループによって生成される電界に由来します。 これらの原子は、遷移金属が閉じ込められる安定したエネルギー場を生成します。 これらのフィールドには、さまざまな幾何学的形状があります。 多くの遷移金属化合物は立方体の形のフィールドを持っています。これは、そのようなフィールドが特に安定しており、システム内にない原子の影響に抵抗できるため、遷移金属化合物がより安定しているためです。

結晶場の理論が説明に特に優れていることの1つは、遷移金属化合物の着色です。 比較的安定した構造として、特定のタイプの化合物の電子は、限られた範囲内で原子核に向かってまたは原子核から遠ざかります。 この範囲は、励起されたときに電子が移動する距離に対応する特定の波長の光を吸収するため、物質の色を決定します。 吸収される波長は、この化合物では見えません。 代わりに、カラーホイールで見られる反対の色が反射され、物質に目に見える色を与えます。