Wat is de kristalveldentheorie?
Kristalveldtheorie beschrijft de elektrische activiteit tussen de atomen van een overgangsmetaalverbinding. Met een focus op de elektrische activiteit tussen atomen in deze verbindingen, dient deze theorie om de energetische eigenschappen van een overgangsmetaalverbinding te verklaren, inclusief zijn kleur, structuur en magnetisch veld. Hoewel de atomen in deze verbindingen aan elkaar zijn gebonden, kan de kristalveldtheorie niet worden gebruikt om deze bindingen te beschrijven. Onvolledig alleen, werd deze theorie gecombineerd met ligandveldtheorie om een begrip van de binding tussen atomen op te nemen.
In de jaren dertig werd de kristalveldentheorie ontwikkeld door de fysici John Hasbrouck van Vleck en Hans Bleke. Deze wetenschappers ontwikkelden hun theorie naast, hoewel gescheiden van, ligandveldtheorie. Kort na de ontwikkeling van deze twee theorieën combineerden andere wetenschappers de principes van de twee, die nu beide worden bestudeerd volgens de moderne ligandveldtheorie. De combinatie van deze twee theorieën creëerde een systeem van vergelijkingen dat beter in staat was om de energievelden en moleculaire bindingen binnen bepaalde soorten verbindingen te beschrijven.
Overgangsmetaalverbindingen kunnen gedeeltelijk worden beschreven met behulp van kristalveldtheorie. Deze verbindingen bestaan uit atomen van een bepaald metaal die worden omgeven door niet-metaalatomen, in dit verband liganden genoemd. De elektronen van deze verschillende atomen werken samen op manieren die kunnen worden beschreven met behulp van kristalveldentheorie. De bindingen die voortkomen uit deze elektroninteracties worden ook beschreven met behulp van ligandveldtheorie.
De term kristalveld, in kristalveldtheorie, komt van het elektrische veld dat wordt gegenereerd door een groep liganden. Deze atomen genereren een stabiel veld van energie waarin een overgangsmetaal vast komt te zitten. Deze velden kunnen verschillende geometrische vormen hebben. Veel overgangsmetaalverbindingen hebben velden in de vorm van kubussen omdat dergelijke velden bijzonder stabiel zijn en de invloed van atomen die zich niet in het systeem bevinden kunnen weerstaan, zodat de overgangsmetaalverbinding stabieler blijft.
Een ding dat kristalveldtheorie bijzonder goed beschrijft, is de kleuring van een overgangsmetaalverbinding. Als een relatief stabiele structuur bewegen de elektronen in een bepaald type verbinding binnen een beperkt bereik naar of weg van hun kernen. Dit bereik bepaalt de kleur van de stof omdat het bepaalde golflengten van licht absorbeert die overeenkomen met de afstand die het elektron beweegt wanneer het wordt geëxciteerd. De golflengtes die worden geabsorbeerd zijn niet zichtbaar in deze verbinding. In plaats daarvan wordt de tegenovergestelde kleur, zoals te zien op het kleurenwiel, teruggekaatst, waardoor de stof zijn zichtbare kleur krijgt.