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晶体场理论英文解释翻译、晶体场理论的近义词、反义词、例句

英语翻译:

【化】 crystal field theory

分词翻译:

晶体的英语翻译:

crystal; crystalloid
【化】 crystal
【医】 Crys.; crystal

场的英语翻译:

field; a level open space; scene
【化】 field
【医】 field; plant

理论的英语翻译:

frame of reference; theoretics; theorization; theory
【化】 Rice-Ramsperger-Kassel theoryRRK; theory
【医】 rationale; theory

专业解析

晶体场理论(Crystal Field Theory, CFT)是一种描述过渡金属离子在配体场作用下电子能级分裂的理论模型。该理论将配体视为点电荷或点偶极子,通过静电作用影响中心金属离子的d轨道能量,进而解释配合物的磁性、光学性质及几何构型。以下是其核心要点:


一、理论核心概念

  1. d轨道分裂

    在八面体场中,金属离子的5个简并d轨道分裂为能量较高的(eg)轨道((d{x-y})、(d{z}))和能量较低的(t{2g})轨道((d{xy})、(d{xz})、(d_{yz})),分裂能记为(Delta_o)。

    四面体场则相反,(eg)轨道能量低于(t{2g}),分裂能(Delta_t)较小((Delta_t approx frac{4}{9}Delta_o))。

  2. 高自旋与低自旋态

    • 强场配体(如CN⁻、CO):分裂能(Delta_o >)电子成对能(P),形成低自旋配合物(电子优先配对)。
    • 弱场配体(如I⁻、Br⁻):(Delta_o < P),形成高自旋配合物(电子优先单占轨道)。
  3. 晶体场稳定化能(CFSE)

    电子填充分裂轨道时释放的能量,计算公式:

    $$ text{CFSE} = xE(t_{2g}) + yE(e_g) + (n_1 - n_2)P $$

    其中(x,y)为轨道电子数,(n_1,n_2)为成对电子数。


二、实验现象解释

  1. 光谱性质

    d-d跃迁吸收可见光,导致配合物显色(如[Ti(H₂O)₆]³⁺呈紫色,吸收峰对应(Delta_o))。

    来源:Gary L. Miessler《无机化学》

  2. 磁性

    高自旋配合物(如[FeF₆]³⁻)有较多未成对电子,呈顺磁性;低自旋配合物(如[Fe(CN)₆]³⁻)磁性减弱。

    来源:ACS《化学教育杂志》

  3. 姜-泰勒畸变

    若(e_g)轨道电子分布不均(如Cu²⁺的(d)构型),八面体发生畸变以降低能量。


三、理论局限性

CFT忽略配体与金属的共价作用,无法解释光谱化学序列中中性分子(如NH₃)强于阴离子(如Cl⁻)的现象。此问题由配体场理论(引入分子轨道)补充完善。

来源:IUPAC《配位化合物术语》


权威参考文献

  1. Miessler, G. L., & Tarr, D. A. (2013). Inorganic Chemistry. Pearson.
  2. Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2012). Inorganic Chemistry. Prentice Hall.
  3. Lever, A. B. P. (1984). Inorganic Electronic Spectroscopy. Elsevier.

网络扩展解释

晶体场理论(Crystal Field Theory, CFT)是解释过渡金属配合物中电子结构和性质的重要理论。以下是综合多来源信息的详细解释:

一、定义与背景

晶体场理论是一种基于静电作用的模型,描述中心金属离子与周围配体之间的相互作用。其核心观点是:配体产生的静电场使金属离子简并的d轨道发生能级分裂,从而影响配合物的物理和化学性质。该理论最初由Bethe和Van Vleck于20世纪20-30年代提出,后广泛应用于材料科学、光谱学等领域。


二、核心要点

  1. 静电作用基础
    理论假设配体为点电荷或偶极子,与中心金属阳离子通过纯静电引力结合,不考虑共价键或轨道重叠。

  2. d轨道能级分裂

    • 在八面体场中,5个简并的d轨道分裂为两组:高能量的$e_g$轨道($d{x-y}$和$d{z}$)和低能量的$t_{2g}$轨道($d{xy}$、$d{xz}$、$d_{yz}$)。
    • 分裂能($Delta_o$)大小取决于配体场强度和几何构型,直接影响配合物的颜色和磁性。
  3. 晶体场稳定化能(CFSE)
    d电子优先填充低能轨道,体系总能量降低,这种能量差值称为CFSE。例如,强场配体(如CN⁻)导致更大的$Delta_o$,使电子倾向于低自旋排布。


三、应用领域

  1. 解释配合物颜色
    电子在分裂后的d轨道间跃迁吸收可见光,产生特征吸收光谱,如[Ti(H₂O)₆]³⁺的紫色。
  2. 预测磁性
    高自旋(弱场)与低自旋(强场)状态对应不同的未成对电子数,影响磁矩。
  3. 材料设计与催化
    通过调控配体场强度,优化过渡金属化合物的催化活性和稳定性。

四、理论局限性及发展

如需进一步了解具体公式(如八面体场分裂能计算)或应用案例,可参考来源。

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