הבדל מפתח – תורת שדות קריסטל לעומת תורת שדות ליגנד
תורת שדות גבישים ותיאוריית שדות ליגנד הן שתי תיאוריות בכימיה אנאורגנית המשמשות לתיאור דפוסי הקשר במתחמי מתכת מעבר. תורת שדה הקריסטל (CFT) מחשיבה את ההשפעה של הפרעה של אלקטרונים המכילים ד-אורביטלים ואת האינטראקציה שלהם עם קטיון המתכת, וב-CFT, האינטראקציה המתכת-ליגנד נחשבת כאלקטרוסטטית בלבד. תיאוריית שדה הליגנד (LFT) מחשיבה את אינטראקציית המתכת-ליגנד כאינטראקציית קשר קוולנטית ותלויה בכיוון ובחפיפה בין ד-אורביטלים על המתכות והליגנד.זה ההבדל העיקרי בין תיאוריית שדות גבישים לתורת שדות ליגנד.
מהי תורת שדה הקריסטל?
תורת שדה הגבישים (CFT) הוצעה על ידי הפיזיקאי הנס בתה בשנת 1929, ולאחר מכן הוצעו כמה שינויים על ידי J. H. Van Vleck בשנת 1935. תיאוריה זו מתארת כמה תכונות חשובות של מתחמי מתכת מעבר כגון מגנטיות, ספקטרום ספיגה, מצבי חמצון וקואורדינציה. CFT מחשיב בעצם את האינטראקציה של ד-אורביטלים של אטום מרכזי עם ליגנדים והליגנדים הללו נחשבים כמטענים נקודתיים. בנוסף, המשיכה בין המתכת המרכזית לליגנדים בקומפלקס מתכת מעבר נחשבת כאלקטרוסטטית בלבד.
אנרגיית ייצוב שדה גביש אוקטהדרלית
מהי תורת שדה הליגנד?
תורת השדות של Ligand מספקת תיאור מפורט יותר של התקשרות בתרכובות קואורדינציה. זה מתייחס לקשר בין המתכת לליגנד על פי המושגים בכימיה של הקואורדינציה. קשר זה נחשב כקשר קוולנטי מתואם או כקשר קוולנטי דטיבי כדי להראות ששני האלקטרונים בקשר הגיעו מהליגנד. העקרונות הבסיסיים של תורת שדות הגבישים דומים מאוד לאלו שבתיאוריית המסלול המולקולרי.
סכימת Ligand-Field המסכמת σ-bonding בקומפלקס האוקטהדרלי [Ti(H2O)6]3+.
מה ההבדל בין תורת שדה הקריסטל לתורת שדות ליגנד?
מושגים בסיסיים:
תורת שדות גבישים: לפי תיאוריה זו, האינטראקציה בין מתכת מעבר לליגנדים נובעת מהמשיכה בין המטען השלילי על האלקטרונים הלא-קשורים של הליגנד לבין קטיון המתכת הטעון חיובי. במילים אחרות, האינטראקציה בין המתכת והליגנדים היא אלקטרוסטטית בלבד.
תורת השדה של Ligand:
- אורביטל אחד או יותר על הליגנד חופפים לארביטל אטומי אחד או יותר על המתכת.
- אם לאורביטלים של המתכת והליגנד יש אנרגיות דומות וסימטריות תואמות, קיימת אינטראקציה נטו.
- האינטראקציה נטו גורמת לקבוצה חדשה של אורביטלים, אחד מקשר והשני נוגד קשר בטבע. (מציין שאורביטל הוא אנטי-קשירה.)
- כאשר אין אינטראקציה נטו; האורביטלים האטומיים והמולקולריים המקוריים אינם מושפעים, והם אינם מתקשרים בטבעם בכל הנוגע לאינטראקציה מתכת-ליגנד.
- לאורביטלים מקשר ואנטי-קשירה יש אופי סיגמה (σ) או פי (π), בהתאם לכיוון המתכת והליגנד.
הגבלות:
תורת שדה הקריסטל: לתורת שדות הקריסטל יש מספר מגבלות. הוא לוקח בחשבון רק את האורביטלים ה-d של האטום המרכזי; האורביטלים s ו-p אינם נחשבים. בנוסף, תיאוריה זו לא מצליחה להסביר את הסיבות לפיצול גדול ולפיצול הקטן של כמה ליגנים.
תורת שדות ליגנד: לתורת שדות ליגנד אין מגבלות כמו בתורת שדות הגבישים. זה יכול להיחשב כגרסה המורחבת של תורת שדות הגבישים.
יישומים:
תורת שדות הקריסטל: תורת שדות הקריסטל מספקת תובנות חשובות לגבי המבנה האלקטרוני של מתכות מעבר בסריגי גביש, תיאוריית שדות הגבישים מסבירה את שבירת הניוון המסלולי בקומפלקסים של מתכת מעבר עקב נוכחותם של ליגנדים.זה גם מתאר את החוזק של קשרי מתכת-ליגנד. האנרגיה של המערכת משתנה על סמך החוזק של קשרי המתכת-ליגנד, מה שעשוי להוביל לשינוי בתכונות המגנטיות וגם בצבע.
תיאוריית שדות ליגנד: תיאוריה זו עוסקת במקורות וההשלכות של אינטראקציות מתכת-ליגנד כדי להבהיר את התכונות המגנטיות, האופטיות והכימיות של תרכובות אלו.
