关于配合物杂化方式的判断的杂化问题

咱说,有没有一种可能,六配位的Cu(II)根本不是 sp^3d^2 杂化态的?配合物杂化轨道理论是基于轨道对称性和“多少个配位键就需要多少个空轨道”来的。对于某些例子,金属可以重排电子,导致存在若干个价层d轨道为空,参与杂化,这就是所谓的内轨型杂化,这个我们没什么可说的。鉴于铜离子的5个d轨道都有电子占据,所以按照杂化理论,想要足够的空轨道,确实只能继续从外层拿。问题是,你真的能拿得到吗?从对称性角度没问题,3d和4d都可以一样用。重点是,金属的4d能量到底有多高?我们还是以铜离子为例,看看如果把一个电子从二价铜的3d扔到4d,会是个什么情况。首先计算4d电子的能量如果激发了以后,铜离子的电子组态就变成: (1s)^2|(2s)^2(2p)^6|(3s)^2(3p)^6|(3d)^8|(4d)^1 现在的问题是,4d只能有一个电子,所以剩余的电子对它的屏蔽常数都是1.00那么推理很简单,根据slater公式 E=-13.6\times\frac{(z-\sigma)^2}{n^2}eV 带入表达式可以算出,激发一个电子以后,4d电子的能量(代表4d轨道此时的能量)是-7.65eV而原来的铜的3d能量呢?这个情况下,铜离子的电子分组是 (1s)^2|(2s)^2(2p)^6|(3s)^2(3p)^6|(3d)^9 因为每个轨道的同层电子之间屏蔽常数都是0.35,所以9个d电子中的剩下8个对单独的某一个的屏蔽常数是0.35×8=2.8,又因为d轨道电子对内层的屏蔽常数都是1.00,所以带入同样的式子,可以求出基态铜离子的3d能量约为-101.6eV虽然拿基态的3d能量和激发态的4d能量比较是很粗糙的,但足以说明铜离子的外层d轨道能量实在太高,拿出来的话太不方便。所以价键理论解释这种问题是不大现实的,因为能量上不大对劲。而且,价键理论解释铜离子的情况会带来新的问题:理论上,外轨杂化是不用3d的,杂化的情况理应和3d的电子情况无关,但实际上,铜离子的六配位物种却是显著畸变的,而畸变我们知道是和3d电子的情况有关的。如果问用3d杂化怎么解释,那就只能这么解释了:这是随手画的一个 [CuL_6]^{2+} 的简单MO能级图,注意最底下三组分子轨道代表Cu-L配位键的成键轨道,中间那一组 t_{2g} 代表没有参与“杂化”的金属d轨道,而上面那一组 2e_g 是金属-配体配位键的反键轨道。换言之,这个时候其实是反键轨道的占据,非得用杂化说,那就是用了两个带了d电子的d轨道去杂化,但只有四个键是正常的二中心二电子配位键,剩下则是一个3电子配位键和一个“4电子配位键”。你显然也不习惯这种讲法,对吧?所以就只能顶着巨大的能量差从外层借轨道咯这种问题不要细究,配合物杂化论不是重点,也基本没有人会用}

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