
【化】 low-spin complex
hang down; low; lowness
【医】 hyp-; hypo-
spin
【化】 spin
【医】 spin
【化】 complex; complex compound
【医】 complex
低自旋络合物(Low-spin complex)指在配体场理论中,中心金属离子的d电子倾向于成对排列,占据低能级轨道的配合物。其英文术语强调电子自旋状态(spin state),与"高自旋络合物"(high-spin complex)相对。此类络合物通常形成于强场配体(如CN⁻、CO)环境中,因配体场分裂能(Δ₀)大于电子成对能(P),电子优先填充低能级的t₂g轨道而非高能级的e_g轨道,导致未成对电子数减少。
配体场强度是决定因素。强场配体(如CN⁻、NO₂⁻、乙二胺)产生较大分裂能Δ₀,促使d电子成对(如[Fe(CN)₆]⁴⁻中Fe²⁺为低自旋)。
高价态金属(如Co³⁺、Fe³⁺)或第四周期后金属离子更易形成低自旋态,因Δ₀随离子电荷增加而增大。
低自旋络合物因未成对电子少,常表现为抗磁性或弱顺磁性。磁矩(μ)可通过公式计算:
$$ mu = sqrt{n(n+2)}quad (text{单位为玻尔磁子,BM}) $$
其中n为未成对电子数(如[Co(NH₃)₆]³⁺的μ≈0 BM)。
紫外-可见光谱中,d-d跃迁能量较高(对应大Δ₀),吸收峰常位于短波长区域。
低自旋络合物因晶体场稳定化能(CFSE)较高而具有显著稳定性,适用于:
注:引用来源为经典教材及国际权威机构术语库,未提供链接以确保信息可靠性。
低自旋络合物是配位化学中的重要概念,其核心特征与中心离子的电子排布方式密切相关。以下从定义、形成机制、磁性特点及实际应用角度进行综合阐述:
定义与结构特性
低自旋络合物指在晶体场作用下,中心离子的d电子优先占据低能级轨道,导致未成对电子数显著减少的配位化合物。这类络合物通常由强场配体(如CN⁻、CO)与金属离子结合形成,其电子排布遵循能量最低原则,倾向于成对填充轨道而非占据高能级轨道。
晶体场理论解释
在强场配体作用下,晶体场分裂能(Δ₀)较大,电子填入高能级轨道所需的能量高于电子成对时的排斥能。此时,中心离子的d电子会优先以成对形式占据低能级的t₂g轨道(如八面体场中),形成更稳定的低自旋状态。例如Fe²⁺在[Fe(CN)₆]⁴⁻中表现为低自旋,未成对电子数从自由离子的4个减少为0。
磁性特征
通过磁矩公式 $mu = sqrt{n(n+2)}$(n为未成对电子数)可判断自旋状态。低自旋络合物因未成对电子数少,磁矩显著低于高自旋态。例如,Co³⁺的低自旋络合物[Co(NH₃)₆]³⁺的磁矩接近0,而高自旋态的[CoF₆]³⁻磁矩约为5.9玻尔磁子。
分类与键合类型
根据价键理论,低自旋络合物多属于内轨型(共价型),中心离子使用(n-1)d、ns、np轨道杂化,电子重排导致原有d电子对减少。这种强共价性使其在催化、电镀等领域应用广泛,例如铂的低自旋络合物常用于抗癌药物设计。
参考资料说明:该解释综合了关于磁矩与电子结构的关联、对价键理论的分类,以及对高/低自旋状态的定义。更多实验数据可查阅晶体场理论相关文献。
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