Что такое теория кристаллического поля?

Теория кристаллического поля описывает электрическую активность между атомами соединения переходного металла. Акцентируя внимание на электрической активности между атомами в этих соединениях, эта теория служит для объяснения энергетических свойств соединения переходного металла, включая его цвет, структуру и магнитное поле. Хотя атомы в этих соединениях связаны друг с другом, теория кристаллического поля не может быть использована для описания этих связей. Неполная сама по себе, эта теория была объединена с теорией поля лигандов, чтобы включить понимание связи между атомами.

В 1930-е годы физику кристаллического поля разработали физики Джон Хасбрук ван Флек и Ханс Блек. Эти ученые разработали свою теорию вместе с теорией лигандного поля, хотя и отдельно от нее. Вскоре после разработки этих двух теорий другие ученые объединили принципы этих двух теорий, которые сейчас изучаются в рамках современной теории поля лигандов. Сочетание этих двух теорий создало систему уравнений, которая была лучше способна описывать энергетические поля и молекулярные связи в определенных типах соединений.

Соединения переходных металлов могут быть частично описаны с использованием теории кристаллического поля. Эти соединения состоят из атомов определенного металла, которые окружены неметаллическими атомами, называемыми в этом контексте лигандами. Электроны этих разных атомов взаимодействуют таким образом, что можно описать с помощью теории кристаллического поля. Связи, возникающие в результате этих электронных взаимодействий, также описываются с использованием теории поля лигандов.

Термин кристаллическое поле в теории кристаллического поля происходит от электрического поля, генерируемого группой лигандов. Эти атомы генерируют стабильное поле энергии, в которое переходный металл попадает в ловушку. Эти поля могут быть разных геометрических форм. Многие соединения переходных металлов имеют поля, которые имеют форму кубов, поскольку такие поля являются особенно стабильными и могут противостоять влиянию атомов, которых нет в системе, так что соединение переходного металла остается более стабильным.

Одна вещь, которую теория кристаллического поля особенно хорошо описывает, это окраска соединения переходного металла. Как относительно стабильная структура, электроны в конкретном типе соединения движутся к своим ядрам или от них в ограниченном диапазоне. Этот диапазон определяет цвет вещества, потому что оно поглощает определенные длины волн света, которые соответствуют расстоянию, которое электрон перемещает при возбуждении. Поглощенные длины волн не видны в этом соединении. Вместо этого противоположный цвет, как видно на цветовом круге, отражается назад, давая веществу его видимый цвет.