ההבדל העיקרי בין מתחמי ספין גבוה למתחמי ספין נמוך הוא שתסביכי ספין גבוהים מכילים אלקטרונים לא מזווגים, בעוד שמתחמי ספין נמוך נוטים להכיל אלקטרונים מזווגים.
המונחים ספין גבוה וספין נמוך קשורים למתחמי קואורדינציה. אלה נקראים מצבי ספין של קומפלקסים. אנו יכולים לקבוע מצבים אלה באמצעות תורת שדות גבישים ותיאוריית שדות ליגנד. בדרך כלל, קומפלקסים אוקטהדרלים ומתחמי טטרהדרלים הם ספין גבוה, בעוד שמתחמים מישוריים מרובעים הם ספין נמוך.
מהם מתחמי ספין גבוהים?
מתחמי ספין גבוה הם מתחמי קואורדינציה המכילים אלקטרונים לא מזווגים ברמות אנרגיה גבוהות. מכיוון שהם מכילים אלקטרונים לא מזווגים, מתחמי ספין גבוהים אלה הם קומפלקסים פרמגנטיים. משמעות הדבר היא שניתן למשוך את הקומפלקסים הללו לשדה מגנטי חיצוני.
איור 01: דיאגרמת פיצול אנרגיה עבור מתחמי ספין גבוה
פיצול אנרגיית ספין גבוהה של תרכובת מתרחש כאשר האנרגיה הנדרשת לזוג שני אלקטרונים גדולה מהאנרגיה הנדרשת כדי להציב אלקטרון במצב אנרגיה גבוהה. בדרך כלל, מתחמי קואורדינציה אוקטהדרלית וטטרהדרלית הם מתחמי ספין גבוהים.
מהם מתחמי ספין נמוך?
מתחמי ספין נמוך הם מתחמי קואורדינציה המכילים אלקטרונים מזווגים ברמות אנרגיה נמוכות. מכיוון שאין אלקטרונים לא מזווגים בקומפלקסים הנמוכים של הספין (כל האלקטרונים מזווגים), הם דיאמגנטיים. המשמעות היא שלא ניתן למשוך תרכובות אלו לשדה מגנטי חיצוני. פיצול האנרגיה הנמוכה של תרכובת מתרחש כאשר האנרגיה הנדרשת לזוג שני אלקטרונים נמוכה מהאנרגיה הנדרשת כדי להציב אלקטרון במצב אנרגיה נמוך.בדרך כלל, מתחמי קואורדינציה מישוריים מרובעים הם מתחמי ספין נמוכים.
איור 02: דיאגרמת פיצול אנרגיה עבור מתחמי ספין נמוך
כדי לקבוע אם מתחם קואורדינציה נתון הוא קומפלקס ספין גבוה או קומפלקס ספין נמוך, נוכל להשתמש בטיפים הבאים.
- קביעת צורת המתחם
- קביעת מצב החמצון של מרכז המתכת
- קביעת תצורת האלקטרון d של המתכת
- קביעת דיאגרמת שדה הגביש של המכלול בהתייחס לגיאומטריה שלו
- קביעה אם אנרגיית הפיצול גדולה מאנרגיית ההתאמה
מה ההבדל בין קומפלקסים גבוהים לספין נמוך?
ההבדל העיקרי בין מתחמי ספין גבוה לספין נמוך הוא שמתחמי ספין גבוהים מכילים אלקטרונים לא מזווגים, בעוד שמתחמי ספין נמוך נוטים להכיל אלקטרונים מזווגים. במתחמי ספין גבוהים, האנרגיה הנדרשת לחיבור שני אלקטרונים גדולה מהאנרגיה הדרושה כדי למקם אלקטרון מאותו קומפלקס ברמת אנרגיה גבוהה. לעומת זאת, במתחמי ספין נמוכים, האנרגיה הנדרשת לזוג שני אלקטרונים נמוכה מהאנרגיה הנדרשת כדי להציב אלקטרון ברמת אנרגיה גבוהה.
יתר על כן, הבדל משמעותי נוסף בין מתחמי ספין גבוה לספין נמוך הוא שתסביכי הספין הגבוהים הם פרמגנטיים מכיוון שיש להם אלקטרונים לא מזווגים, אך קומפלקסים של ספין נמוך הם דיאמגנטיים מכיוון שכל האלקטרונים מזווגים. בדרך כלל, תרכובות טטרהדרליות ואוקטהדרליות הן ספין גבוה ואילו תרכובות מישוריות מרובעות הן ספין נמוך.
סיכום – מתחמי ספין גבוה לעומת ספין נמוך
ישנם שני סוגים של מצבי ספין של מתחמי קואורדינציה. אלו הם מצב הספין הגבוה ומצב הספין הנמוך. ההבדל העיקרי בין מתחמי ספין גבוה למתחמי ספין נמוך הוא שמתחמי ספין גבוה מכילים אלקטרונים לא מזווגים, בעוד שמתחמי ספין נמוך נוטים להכיל אלקטרונים מזווגים.
