- Làm cho HS tự nhận thức được lợi ích, giá trị của việc được chọn vào đội tuyển HSG
h) Chính sách hỗ trợ, động viên, xã hội hóa công tác bồi dưỡng học sinh giỏ
2.2.4.2. Thuyết trường tinh thể
a) Những luận điểm cơ bản
• Phức chất vô cơ được hình thành bền là do tương tác tĩnh điện giữa ion trung tâm và các phối tử.
• Khi xét ion trung tâm có chú ý một cách chi tiết cấu trúc electron, còn phối tử thì coi như những điện tích điểm, hoặc lưỡng cực điểm (các phối tử trung hòa như NH3, H2O,..) tạo nên trường tĩnh điện bên ngoài đối với ion trung tâm. Phối tử này khác phối tử kia ở đại lượng trường.
• Các phối tử nằm xung quanh ion trung tâm trên các đỉnh của hình đa diện, tạo nên những phức chất có đối xứng hình học xác định.
• Việc mô tả sự hình thành phức chất cũng dựa trên cơ sở của các định luật trong cơ học lượng tử.
b) Nội dung
Nôi dung cơ bản của thuyết này là xét sự tách mức năng lượng của các obitan d của ion trung tâm Mn+ dưới ảnh hưởng của trường phối tử(nghĩa là xét
ảnh hưởng của các trường ngoài đối xứng khác nhau của các phối tử đến trạng thái của ion Mn+). Do đó, những phức chất có đối xứng khác nhau, sự tách mức năng lượng sẽ khác nhau.
c)Cách mô tả
1- Phức bát diện [ML6](n-6)-
Trong phức chất bát diện đều 6 phối tử L nằm trên 6 đỉnh của một hình bát diện đều, còn ion kim loại trung tâm M nằm ở trọng tâm. Điều này có nghĩa là ion kim loại M dược bao quanh bởi 6 trung tâm tích điện âm dọc theo hướng của 3 trục tọa độ x, y, z. x y z m 0 0 0 2 5 3 5 dz2 , dx2-y2 dxy, dxz , dyz (eg) (t2g) ]
Hình 2.3.Sự sắp xếp của các phối tử và Hình 2.2.Sự tách mức năng lượng của các ion kim loại trong phức chất bát diện obitan d trong trường phối tử bát diện
• Khoảng cách năng lượng giữa các obitan eg và t2g được kí hiệu là ∆0 và được gọi là thông số tách của trường phối tử. Độ lớn của ∆ đặc trưng cho cường độ tương tác giữa ion trung tâm và các phối tử (biểu diễn bằng đơn vị kJ/mol)
• Khi electron nằm trên các obitan eg thì chúng sẽ bị các phối tử đẩy mạnh hơn so với khi nằm trên các obitan t2g. Người ta nói các obitan eg có mức năng lượng cao hơn các obitan t2g. Hay tóm lại, đã xảy ra sự tách mức năng lượng của các obitan d (hình 2.2)
• Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, nếu so sánh với năng lượng của obitan d trong ion tự do (không bị tách) thì các obitan eg có năng lượng
cao hơn 0 3 5∆
, còn các obitan t2g có mức năng lượng thấp hơn là 0 2 5∆
d) Một số hệ quả của sự tách bởi trường tinh thể phối tử
• Quang phổ hấp thụ của phức chất. Dãy phổ hóa học • Từ tính của phức chất
• Các quan hệ nhiệt động
Ở đây ta chỉ xét phần từ tính của phức chất :
Dựa vào tác dụng của từ trường, người ta chia các chất làm hai loại : -Các chất nghịch từ hay phản từ
- Các chất thuận từ.
Với phức chất cũng vậy, các phức chất được gọi là nghịch từ nếu chúng có khuynh hướng chuyển động bên ngoài từ trường (bị từ trường đẩy). Các phức chất thuận từ thì ngược lại, bị từ trường hút. Và để nhận diện rõ hơn người ta dùng khái niệm spin electron chưa cặp đôi (độc thân)
Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron của các phức chất nguyên tố d có các electron độc thân, người ta dùng phương pháp đo momen từ để nhận ra cấu hình đó. Momen từ µ của một phức chất với số lượng tử spin tổng cộng S được xác định bằng hệ thức :
2. S S( 1) B
µ= + µ trong đó µB- Manhêton Bo (Bohr)
24 1. / 2 . / 2 9, 274.10 . 2 B c e h J T m π µ − − = = ÷
Do mỗi electron độc thân có số lượng tử spin bằng ½ nên S = 1/2n, với n là số electron độc thân, do đó :
( 2) B
n n
µ= + µ (I)
Như vậy mômen từ của một phức chất có thể xác định được số elecctron có trong phức chất đó.
mômen từ spin thuần túy của một số cấu hình các phức chất thuộc dãy 3d tính theo công thức (I) và xác định từ thực nghiệm sẽ được trình bày trong bảng sau : e n s µ µ/ B Tính lý thuyết Thực nghiệm Ti3+ 1 1/2 1.73 1.7-1.8 V3+ 2 1 2.83 2.7-2.9 Cr3+ 3 3/2 3.78 3.8 Mn3+ 4 2 4.9 4.8-4.9 Fe3+ 5 5/2 5.92 5.3
Bảng 2.6. Momen từ thuần túy của một số phức chất thuộc dãy 3d
Ngoài ra từ tính của phức chất cũng được xác định bởi sự có mặt electron không cặp đôi, ở đây chúng ta sẽ xem ảnh hưởng của sự tách mức năng lượng của các obitan đến sự sắp xếp các electron, nghĩa là đến số electron không cặp đôi hay từ tính của phức chất.
• Giải thích từ- tính của phức chất theo thuyết trường tinh thể:
Trong thuyết trường tinh thể, khả năng ghép đôi của electron trong phức chất có liên quan đến thông số tách năng lượng V.
nếu năng lượng P cần thiết để ghép đôi hai electron lớn hơn Vthì 5
Obitan d của ion trung tâm lần lượt được điền vào mỗi obitan một electron rồi sau đó điền tiếp electron thứ hai và phức chất có spin cao. Nếu năng lượng P nhỏ hơn thì trước hết electron được điền đủ cặp vào những obitan có mức năng lượng thấp và phức chất có spin thấp. • Đối với phức bát diện, khi xét sự sắp xếp electron vào các obitan ta thấy
rằng, với các cấu hình electron từ d1 đến d3 chỉ có một cách sắp xếp thỏa mãn quy tắc Hund là các electron lần lượt chiếm từ 1 đến 3 obitan t2g :
e2gteg