הבדל מפתח – ליגנד חזק מול ליגנד חלש
ליגנד הוא אטום, יון או מולקולה שתורמים או חולקים שניים מהאלקטרונים שלו באמצעות קשר קוולנטי קואורדינאטי עם אטום או יון מרכזי. מושג הליגנדים נדון תחת כימיה של תיאום. ליגנדים הם מינים כימיים המעורבים ביצירת קומפלקסים עם יוני מתכת. לפיכך, הם ידועים גם כסוכני קומפלקס. ליגנדים יכולים להיות Monodentate, Bidentate, Tridentate וכו' על סמך הדנטיות של הליגנד. דנטיות היא מספר קבוצות התורמים הקיימות בליגנד. מונודנטאט פירושו שלליגנד יש רק קבוצת תורם אחת. Bidentate אומר שיש לו שתי קבוצות תורמים לכל מולקולת ליגנד אחת.ישנם שני סוגים עיקריים של ליגנדים המסווגים על סמך תיאוריית שדות הגבישים; ליגנדים חזקים (או ליגנדים חזקים) וליגנדים חלשים (או ליגנד שדה חלש). ההבדל העיקרי בין ליגנדים חזקים לליגנדים חלשים הוא שפיצול האורביטלים לאחר קשירה לליגנד שדה חזק גורם להפרש גבוה יותר בין האורביטלים ברמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר ואילו פיצול האורביטלים לאחר התקשרות לליגנד שדה חלש גורם להפרש נמוך יותר בין האורביטלים של רמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר.
מהי תורת שדה הקריסטל?
ניתן לתאר את תורת השדות של קריסטלים כמודל שנועד להסביר את שבירת ניוונות (קליפות אלקטרוניות בעלות אנרגיה שווה) של אורביטלים אלקטרונים (בדרך כלל אורביטלים d או f) עקב השדה החשמלי הסטטי שנוצר על ידי סביבה אניון או אניונים (או ליגנים). תיאוריה זו משמשת לעתים קרובות כדי להדגים את ההתנהגות של מתחמי יוני מתכת מעבר. תיאוריה זו יכולה להסביר את התכונות המגנטיות, הצבעים של מתחמי קואורדינציה, אנטלפיות הידרציה וכו'.
תיאוריה:
האינטראקציה בין יון המתכת לליגנדים היא תוצאה של המשיכה בין יון המתכת בעל מטען חיובי למטען השלילי של האלקטרונים הבלתי מזווגים של הליגנד. תיאוריה זו מבוססת בעיקר על השינויים המתרחשים בחמישה אורביטלים של אלקטרונים מנוונים (לאטום מתכת יש חמישה אורביטלים D). כאשר ליגנד מתקרב ליון המתכת, האלקטרונים הבלתי מזווגים קרובים יותר לחלק מהאורביטלים d מאשר זה של אורביטלים d אחרים של יון המתכת. זה גורם לאובדן ניוון. כמו כן, האלקטרונים באורביטלים d דוחים את האלקטרונים של הליגנד (מכיוון ששניהם טעונים שליליים). מכאן שלאורביטלים d הקרובים יותר לליגנד יש אנרגיה גבוהה מזו של אורביטלים d אחרים. התוצאה היא פיצול של אורביטלים d לאורביטלים d עם אנרגיה גבוהה ואורביטלים d עם אנרגיה נמוכה, בהתבסס על האנרגיה.
כמה גורמים המשפיעים על פיצול זה הם; אופי יון המתכת, מצב החמצון של יון מתכת, סידור הליגנדים סביב יון המתכת המרכזי ואופי הליגנדים.לאחר הפיצול של אורביטלים d אלה על סמך אנרגיה, ההבדל בין אורביטלים d באנרגיה גבוהה לנמוכה ידוע כפרמטר פיצול שדה גביש (∆oct עבור קומפלקסים אוקטהדרליים).
איור 01: דפוס פיצול במתחמים אוקטהדרלים
דפוס פיצול: מכיוון שיש חמישה אורביטלים d, הפיצול מתרחש ביחס של 2:3. במתחמים אוקטהדרלים, שני אורביטלים נמצאים ברמת האנרגיה הגבוהה (הידועה ביחד בשם 'למשל'), ושלושה אורביטלים נמצאים ברמת האנרגיה הנמוכה יותר (הידועה ביחד כ-t2g). במתחמים טטרהדרלים מתרחש ההפך; שלושה אורביטלים נמצאים ברמת האנרגיה הגבוהה ושניים ברמת האנרגיה הנמוכה.
מה זה Strong Ligand?
ליגנד חזק או ליגנד שדה חזק הוא ליגנד שיכול לגרום לפיצול שדה גביש גבוה יותר.פירוש הדבר, הקישור של ליגנד שדה חזק גורם להפרש גבוה יותר בין האורביטלים ברמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר. דוגמאות כוללות CN– (ליגנדים ציאניד), NO2– (ליגנד ניטרו) ו-CO (קרבוניל) ליגנדים).
איור 02: פיצול ספין נמוך
בהיווצרות קומפלקסים עם ליגנדים אלה, בהתחלה, אורביטלי האנרגיה התחתונים (t2g) מתמלאים לחלוטין באלקטרונים לפני מילוי לכל אורביטלים אחרים ברמת אנרגיה גבוהה (למשל). הקומפלקסים הנוצרים בדרך זו נקראים "מתחמי ספין נמוך".
מה זה ליגנד חלש?
ליגנד חלש או ליגנד שדה חלש הוא ליגנד שעלול לגרום לפיצול שדה גביש נמוך יותר. משמעות הדבר היא, הקישור של ליגנד שדה חלש גורם להפרש נמוך יותר בין האורביטלים של רמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר.
איור 3: פיצול ספין גבוה
במקרה זה, מכיוון שההבדל הנמוך בין שתי רמות האורביטליות גורם לדחייה בין אלקטרונים ברמות האנרגיה הללו, ניתן למלא בקלות את אורביטלי האנרגיה הגבוהים באלקטרונים בהשוואה לארביטלי האנרגיה הנמוכים. הקומפלקסים הנוצרים עם הליגנדים הללו נקראים "מתחמי ספין גבוהים". דוגמאות לליגנד שדה חלש כוללות I– (ליגנד יודי), Br– (ליגנד ברומיד) וכו'.
מה ההבדל בין ליגנד חזק לליגנד חלש?
ליגנד חזק מול ליגנד חלש |
|
| ליגנד חזק או ליגנד שדה חזק הוא ליגנד שיכול לגרום לפיצול שדה גביש גבוה יותר. | ליגנד חלש או ליגנד שדה חלש הוא ליגנד שיכול לגרום לפיצול שדה גביש נמוך יותר. |
| תיאוריה | |
| הפיצול לאחר קשירת ליגנד שדה חזק גורם להפרש גבוה יותר בין האורביטלים של רמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר. | פיצול האורביטלים לאחר קשירת ליגנד שדה חלש גורם להפרש נמוך יותר בין האורביטלים ברמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר. |
| קטגוריה | |
| הקומפלקסים הנוצרים עם ליגני שדה חזקים נקראים "מתחמי ספין נמוכים". | הקומפלקסים הנוצרים עם ליגני שדה חלשים נקראים "קומפלקסים גבוהים ספין". |
סיכום – ליגנד חזק מול ליגנד חלש
ליגנדים חזקים וליגנדים חלשים הם אניונים או מולקולות הגורמים לפיצול של אורביטלים d של יון מתכת לשתי רמות אנרגיה.ההבדל בין ליגנדים חזקים לליגנדים חלשים הוא שהפיצול לאחר קשירת ליגנד שדה חזק גורם להפרש גבוה יותר בין האורביטלים ברמת האנרגיה הגבוהה והנמוכה יותר ואילו פיצול האורביטלים לאחר קשירת ליגנד שדה חלש גורם להפרש נמוך יותר בין הגבוה לנמוך יותר. אורביטלים ברמת האנרגיה.
