ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỚP ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÓA K55

HÓA HỌC PHỨC CHẤT

GVHD: NGUYỄN THỊ MINH LỢI


CHÀO MỪNG CÔ CÙNG CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 5:
THUYẾT TRƯỜNG TINH THỂ - THUYẾT TRƯỜNG PHỐI TỬ

Thành viên
1. Võ Thị Cúc
2. Nguyễn Thị Phương Liên
3. Võ Thị Loan
4. Nguyễn Văn Nghĩa
5 Trần Thái Sơn
6. Đặng Thị Trang
7. Trần Xuân Vĩnh


3.3 THUYẾT TRƯỜNG TINH THỂ.

Giới thiệu:
Thuyết trường tinh thể lần đầu tiên được các nhà vật lý sử dụng để giải thích màu và từ tính của các tinh thể muối.
Mãi đến năm 1950 – 1952 mới được sử dụng để nghiên cứu phức chất.

John Hasbrouck Van

Vleck (1899-1980).

Hans Albrecht Bethe
(1906-2005)


Phức chất vô cơ tồn tại một cách bền vững do tương
tác tĩnh điện giữa ion trung tâm và các phối tử

Thuyết
trường
tinh thể

Khi xét ion trung tâm có chú ý đến cấu trúc
electron chi tiết của nó, các phối tử được coi là “
không có cấu trúc”, mà chỉ là những điện tích điểm
(hoặc lưỡng cực điểm) tạo nên trường tĩnh điện bên
ngoài đối với ion trung tâm (gọi là trường phối tử)

Các phối tử nằm quanh ion trung tâm trên các đỉnh
của hình đa diện, tạo nên những phức chất có cấu
trúc đối xứng nhất định.


3.3.1 Tách các số hạng của ion trung tâm dưới ảnh hưởng của trường phối tử.

Ở đây cần xét ảnh hưởng của các trường ngoài có tính đối xứng khác nhau của các phối tử đến sự biến đổi của
ion trung tâm. Trong cơ học lượng tử, nguồn gốc của sự tách này đã được biết đến dưới tên gọi hiệu ứng Stark.
Dựa trên những khái niệm về lý thuyết nhóm đối xứng có thể đưa ra một phương pháp chung để xác định cách
tách các số hạng nguyên tử trong các trường hợp khác nhau. Còn ở đây chúng ta chỉ đưa ra cách giải thích đơn

giản và rõ ràng hơn về hiện tượng đó.


z

Xét phức chất bát diện:[Ti(H2O)6]3+, Ti3+:
2 2 6 2 6 1
1s 2s 2p 3s 3p 3d
- Số hạng cơ bản của Ti

3+

là D,

- momen động lượng obitan L=2
- spin toàn phần S=1/2.
→ ion Ti

3+

y

2

tự do bội số suy biến AO bằng 2L + 1 = 5.Năm trạng

thái của electron d có cùng mức năng lượng (sự suy biến).

Ti


3+

x


Nếu sáu phối tử nước bao quanh ion Ti

3+

trong [Ti(H2O)6]

3+

nằm cách đều năm obital d của Ti

tất cả các AO d đó vẫn ứng với cùng một giá trị năng lượng cao hơn giá trị năng lượng của Ti

3+

3+

thì

tự do.

Nhưng đây chỉ là trường hợp giả định (điện tích phân bố đối xứng cầu).
Thực tế, khi có mặt trường phối tử thì mức bội suy biến sẽ giảm đi. Sự đẩy tĩnh điện giữa electron d
và các phối tử âm điện sẽ làm tăng năng lượng khi AO d hướng đến các phối tử và làm giảm năng lượng đối
với các AO d hướng giữa các phối tử.



Sự định hướng
của 5 AO-d
orbitals
đối với các phối
tử của phức bát
diện


- Ba obitan dxy, dxz , dyz có cùng kiểu đối xứng ( được gọi là các obital t2g hoặc dε ) có mật độ electron được
phân bố theo hướng giữa các phối tử
→ năng lượng thấp hơn
2
2 2
- Hai obitan dz và d(x - y ) thuộc kiểu đối xứng khác , có mật độ electron phân bố trên các trục tọa độ hướng
trực tiếp đên các phối tử
→ năng lượng cao hơn.


Ảnh hưởng của trường bát diện
với các phối tử


Tóm lại, khi ở trạng thái tự do năm obital d có năng lượng đồng nhất, thì ở trong trường bát diện của sáu phối tử
chúng bị tách ra thành hai nhóm có năng lượng khác nhau.
2

2
2
D→ T2g + Eg



Trong trường tứ diện các obitan dxy , dxz , dyz có năng lượng
tăng lên cao hơn so với năng lượng của các obitan dz2 và d(x2-y2)

z

z
y

a

y

x

x

b

Hình 12. Các obitan dx2 - y2 (a) và dxy (b)
trong trường tứ diện của các phối tử (dấu • )



dz2, d

2

x -y


2

dxy, dxz, dyz

d

dz2, d

2

x -y

2

dxy, dxz, dyz
d

Ion tự do

Ion trong
trường đối
xứng cầu

Ion trong
trường
bát diện

Ion trong
trường

tứ diện

Hình 11. Tách mức d bởi các trường phối tử có đối xứng khác nhau




Trong các trường hợp có tính đối xứng kém (trường đối xứng tứ phương hoặc trong trường vuông phẳng), thì

các số hạng T2g và Eg còn tiếp tục bị tách ra, khi đó mức bội suy biến của chúng sẽ giảm đi.


- Chẳng hạn, trong trường tứ phương (bát diện kéo dài theo
trục z), 2 phối tử trên trục z đứng xa ion trung tâm hơn 4 phối tử
2
khác nằm trục x,y → tương tác của trường phối tử lên obitan d(x 2
2
y ) sẽ mạnh hơn so với obitan dz và năng lượng của chúng cao hơn
2
so với obitan dz
→ kết quả mức eg bị tách làm hai mức và mất suy biến.
- Do obitan dxy phân bố gần các phối tử hơn các obitan dxz,
dyz → nó chịu tương tác của trường phối tử mạnh hơn, năng lượng
của chúng sẽ cao hơn → kết quả mức t2g bị tách mức và giảm bậc
suy biến.


d
d
dz2, d


2

x -y

2

x -y

2

2

2

dz2
d

2

x -y

dxy

dxy
dz2

dxy, dxz, dyz
dxz, dyz
Ion tự do


Trường
bát diện [MX6]

Trường tứ phương
(bát diện thuôn)

dxz, dyz
Trường
vuông phẳng

Hình 13. Sự tách mức d của ion trung tâm trong các
trường đối xứng khác nhau


3.3.2 Cường độ của trường phối tử

Trong phức chất vô cơ, ngoài ảnh hưởng cuả các electron d khác, trường phối tử còn tác động lên mỗi một electron
d → các trạng thái của ion trung tâm sẽ bị biến đổi.
Tính chất của những biến đổi này phụ thuộc vào cường độ của trường phối tử, hay chính xác hơn là phụ thuộc vào mối
tương quan giữa cường độ và lực tương tác giữa các electron d.


 Trường hợp trường yếu: Khi cường độ của trường phối tử là nhỏ (trường yếu) → các số hạng của ion trung
tâm vẫn được giữ nguyên như ở ion tự do. Bởi vậy, phức chất có trường yếu được gọi là phức chất spin cao, hay phức
chất spin tự do.

 Trường hợp trường mạnh: Khi ảnh hưởng của trường phối tử đến các trạng thái của ion trung tâm đủ lớn
(trường mạnh), thì ảnh hưởng đó sẽ vượt xa tương tác tĩnh điện giữa các electron d. Phức chất có trường yếu được gọi
là phức chất spin thấp hay phức chất spin ghép đôi.



Số electron d

Cấu hình electron
của phức chất

Spin toàn
phần

d1

(t2g)1

1/2

d2

(t2g)2

1

d3

(t2g)3

3/2

d4


(t2g)3(eg)1

2

d5

(t2g)3(eg)2

5/2

d6

(t2g)4(eg)2

2

d7

(t2g)5(eg)2

3/2

d8

(t2g)6(eg)2

1

d9


(t2g)6(eg)3

1/2

d10

(t2g)6(eg)4

0

Bảng 4: Cấu hình
electron ở trạng thái
cơ bản của các phức
chất bát diện trong
trường phối tử yếu


Số electron d Cấu hình e của phức
chất

Spin toàn
phần

d1

(t2g)1

1/2

d2


(t2g)2

1

d3

(t2g)3

3/2

d4

(t2g)4

1

d5

(t2g)5

1/2

d6

(t2g)6

0

d7


(t2g)6(eg)1

1/2

d8

(t2g)6(eg)2

1

d9

(t2g)6(eg)3

1/2

d10

(t2g)6(eg)4

0

Bảng 5: Cấu hình
electron ở trạng thái
cơ bản của các phức
chất bát diện trong
trường phối tử mạnh



3.3.3 Thông số tách. Năng lượng bền hóa bởi trường tinh thể.

Thông số tách:
• Khái niệm: Thông số tách năng lượng (∆) là hiệu của hai mức năng lượng tách ra ( eg và t2g )
•Đối với phức bát diện, đại lượng này được kí hiệu là ∆o
Có thể tính gần đúng giá trị của ∆o theo các công thức:

Trong đó:
e: điện tích của electron
q,μ: điện tích , giá trị momen lưỡng cực của phối tử.
r: khoảng cách giữa tâm của ion trung tâm đễn tâm của phối tử
ā: giá trị bán kính trung bình của các obital d


Kích thước của ion trung tâm: kích thước ↑ → ∆o ↑

Các
yếu tố
ảnh
hưởng
đến ∆o

Điện tích của ion trung tâm: điện tích lớn, các phối tử
càng bị hút mạnh về tâm → ∆o càng lớn.
Với sự gần đúng: ∆o ≈ kZ2r2
Trong đó: k là hệ số tỷ lệ, Z và r là điện tích và bán kính của
ion trung tâm

Cấu trúc electron của ion trung tâm:
số e t2g càng lớn → Et2g ↑ → ∆o ↓.

Số e eg càng lớn → Eeg ↑→ ∆o ↑

Bản chất của phối tử tạo ra trường tinh thể: các phối tử
có điện tích âm lớn và các phổi tử có kích thước nhỏ sẽ
dễ tiến đến gần ion kim loại → ∆o ↑


Bằng kinh nghiệm người ta tìm thấy rằng có thể sắp xếp các phổi tử tạo phức với các ion kim loại ở trạng thái
bình thường thành một dãy theo sự tăng của ∆o, gọi là dãy phổ hóa học.

I- < Br‑ C2O42- < H2O < EDTA4-< Py ~ NH3 < En < Dipy < Phen
< NO2- << CN- ~ NO+ ~ CO.


•

Trong phức chất tứ diện, thông số tách được kí hiệu là ∆T. Ở các điều kiện như nhau:

•

Nếu đối xứng của phức chất không phải là đối xứng lập phương, thì vì hình ảnh khá phức tạp nên không thể đặc
trưng cho việc tách bằng một thông số. Nếu ít sai lệch với đối xứng lập phương thì có thể sử dụng thông số tách
∆ để đặc trưng cho sự tách