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Jan 24, 2022

配合物基础

异构现象

神奇的表格:

$\ce{Ma2b2cd}$ 6+2 $\ce{M(AA)b2c2}$ 3+1
$\ce{Ma2b2c2}$ 5+1 $\ce{M(AA)b2cd}$ 4+2
$\ce{Ma3bcd}$ 4+1 $\ce{M(AA)b3c}$ 2+0
$\ce{Ma3b2c}$ 3+0 $\ce{M(AA)2b2}$ 2+1
$\ce{Ma3b3}$ 2+0 $\ce{M(AA)3}$ 1+1
$\ce{Ma4bc}$ 2+0 $\ce{M(AB)2cd}$ 6+5
$\ce{Ma4b2}$ 2+0 $\ce{M(AB)3}$ 2+2
$\ce{M(AA)2bc}$ 2+1 $\ce{M(AB)2c2}$ 5+3

杂化轨道

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根据是否有足够的d轨道判断内轨型或外轨型。

晶体场理论

是一种静电模型——仅考虑负电荷配体与轨道中电子的排斥。

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八面体场

$d_{\rm x^2-y^2},d_{\rm z^2}$的轨道能相对上升。而两组简并轨道的能差为$\D_{\rm o}$,但要保证轨道能差之和为0。

t、e的区分——三重简并:t;双重简并:e。

光谱化学序列:周期最重要,越小越好;周期相同族数越小越好:

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对于金属而言:

  1. 同一元素,价态越高分裂能越大:半径更小,静电作用更强
  2. 同族同价态,周期越高分裂能越大:轨道延展更广,静电作用更强
  3. 同周期同价态,变化不规则

高低自旋:对比成对能(P)和分裂能($\D_o$)

J-T定理:稳定性和简并性不可能同时存在,除非分子是线性分子

J-T畸变导致平面上的四个配体与中心金属作用增强。

注意,跃迁的通用符号为:$[高能态]\leftarrow[低能态]$,描述时请一并写出没有占据的轨道:$t_{2g}^2e_g^0$

四面体

排斥作用较强的是:$d_{\rm xy},d_{\rm yz},d_{\rm xz}$,与Oh相反,且作用都较弱(没有正好相对的,因此四面体配合物是高自旋)。不用g、u。

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正方形

当四配位配合物聚有较大的的分裂能时,低自旋的正方形配位占优(如强场配体、较高周期的中心金属)。注意$\ce{NiCl4^{2-}}$为四面体,然而相关的$\ce{Pd,Pt}$却是四边形。

分子轨道

注意对轨道的简化:

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将轨道对应于成键反键——$t_{2g}$为成键轨道而$e_g$为反键轨道。

注意$\ce{[TaMe6]^{-},[ZrMe6]2-}$为三棱柱$D_{3h}$,$\ce{[MoMe6],[WMe6]}$为畸变三棱柱$C_{3v}$,一般需要很小的σ-给予体或刚性螯合配体。

配位场理论

磁性质:唯自旋磁矩: $$ \mu=\sqrt{N(N+2)}\mu_\B $$ 其中$N$为未成对电子数,$\mu_\B=e\hbar/2m$为玻尔磁子。

唯自旋磁矩不那么准确时,存在轨道角动量——存在未充满轨道,主要为低自旋$d^5$和高自旋$3d^6,3d^7$。

电荷转移跃迁

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当金属处于高氧化态且配体具有非键电子——LMCT;当金属处于低氧化态且配体具有低能受体轨道——MLCT

简单的热力学

逐级稳定常数$K_n$随着$n$增大而减小。

配位反应一般$\D H<0,\D S>0$(对溶剂分子的作用减小)。例外情况:1. 高低自旋改变$\ce{[Fe(bpy)2(OH2)2]2+ -> [Fe(bpy)3]2+}$;2.配位数改变($\ce{[HgCl2(OH2)4]-> [HgCl3(OH2)]-}$)

稳定性

一般越小、电荷越高、HSAB联系好的稳定。

在水溶液中H-H不如S-S,因为水是硬的,在配位以前就已经存在不错的溶剂化作用。

螯合与大环

对于较大的金属(d区),五元环比六元环稳定

螯合

焓方面

  1. 减小静电排斥:在从两个单齿配体变为一个双齿配体时,带$\delta^-$的供体原子之间的静电排斥减少;
  2. 去溶剂化效应:在配合物形成时破坏配体 - $\ce{H2O}$ 氢键相互作用——这种氢键相互作用对于 $\ce{NH3}$ 比对于 en 更大,因此焓变方面单齿的$\ce{NH3}$更不利;
  3. $\ce{CH2CH2}$桥在二齿或多齿配体中的诱导效应,增加了配体相对于相应的单齿配体的供体强度。

熵方面:进少量多齿配体出大量单齿

大环效应

配体预先成环,配位时不会引入新的张力。