d带中心与配位理论PPT课件
d带中心与配位理论
1)
Calle‐Vallejo F, Martínez J I, García‐Lastra J M, et al. Fast prediction of adsorption properties for platinum nanocatalysts with generalized coordination numbers[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53(32): 8316-8319.
Ma X, Xin H. Orbitalwise coordination number for predicting adsorption properties of metal nanocatalysts[J]. Physical Review Letters, 2017, 118(3): 036101.
Calle-Vallejo F, Loffreda D, Koper M T M, et al. Introducing structural sensitivity into adsorption–energy scaling relations by means of coordination numbers[J]. Nature chemistry, 2015, 7(5): 403-410.
Fig3. Adsorption energy of HOO* plotted against the adsorption energy of HO*.
Man I C, Su H Y, Calle‐Vallejo F, et al. Universality in oxygen evolution electrocatalysis on oxide surfaces[J]. ChemCatChem, 2011, 3(7): 1159-1165.
第3章 配位化学PPT课件
第一节 配位化学基础
1.2 配合物的组成及命名
(1) 配合物的命名规则
(c) 同类配体(无机或有机类)按配位原子元素符号的英 文字母顺序排列。
[Co(NH3)5H2O]Cl3 三氯化五氨·一水合钴(III) (d) 同类配体同一配位原子时,将含较少原子数的配体排 在前面。 [Pt(NO2)(NH3)(NH2OH)(Py)]Cl 氯化硝基·氨·羟氨·吡啶合铂(II)
3 第 章 配位化学
顺-[PtCl2(NH3)2]
目标&要求
掌握较复杂配合物的命名规则 掌握配合物的立体异构现象 掌握配合物化学键基本理论
(价键理论、晶体场理论、配体场理论、分子轨道理论)
了解新型配合物的类型及应用
一、配位化学基础 二、配位立体化学 三、配位化学理论 四、新型功能配合物及应用
第一节 配位化学基础
1.4 配合物的分类
按中心原子数目分类:
单核配合物和多核配合物
按配合物所含配体种类分类:
单一配体配合物和混合配体配合物
按配体的齿数分类:
简单配合物、螯合物、大环配合物等
按配合物价键特点分类:
经典配合物和非经典配合物
第二节 配位立体化学
2.1 配合物的几何构型 2.2 配合物的异构现象
CH2CH2NH2 NH
CH2CH2NH2
二乙三胺(dien)
第一节 配位化学基础
1.3 配体的基本类型及配位能力 四齿配体
二水杨醛缩乙二胺(Salen)
第一节 配位化学基础
1.3 配体的基本类型及配位能力 六齿配体
乙二胺四乙酸钠(EDTA)
第一节 配位化学基础
1.3 配体的基本类型及配位能力 冠醚 (大环醚)
一.d轨道在配位场中的能级分裂0
一.d 轨道在配位场中的能级分裂(电子光谱的
基础和来源) 二.过渡金属配合物的电子光谱,O大小的表征
―电子光谱(吸收光谱,紫外可见光谱), T―S图 三.电荷迁移光谱(charge transfer,CT光谱)
一.d 轨道在配位场中的能级分裂
影响分裂能的因素:
S=1 MS= 1, 0 3P
L=0, ML= 0,
S=0 MS= 0
1S
按照Hund 规则和Pauli原理 1.对于给定组态(L相同),自旋多重度越大,能量 越低。即自旋平行的电子越多, S值越大,能量越低。
2.对于给定多重度(S相同),L大则电子间作用力小; L小, 电子间作用力大,能量高。例: 3F的能量低于3P。 L越大,能量越低。
在无外场的情况下,这10种排列的能量是简并的,用2D表示, D称为光谱项(term)。光谱项的通式为:
2S+1L
L为各个电子轨道角动量的矢量和
L=l1+l2+l3+…
L=0, 1, 2, 3, 4, 5…. ,
光谱项
S, P, D, F, G, H…
(2S+1): 自旋多重态(spin multiplicity),S为总自旋
(2S+1) (2L+1) 多重性因子
两个不成对电子, (2S+1) = 3, 三重态(triplet) ; 3L 一个成对电子, (2S+1)=2 二重态(doublet); 2L 无未成对电子, (2S+1)=1 单重态(singlet) 1L
例:d 2组态: ml = +2 +1 0 –1 –2
eg
t 2g
d5 , low spin(强场)
《配位场理论》课件
04
此外,配位场理论还在环境科学、地质学等领域有广泛的应用前景。
02
配位场理论的基本概念Fra bibliotek分子轨道理论认为分子中的电子不是局限在原子核周围,而是在整个分子中运动。
分子轨道的类型包括成键轨道、反键轨道和未占轨道,它们决定了分子的电子结构和性质。
分子轨道理论是配位场理论的基础,它描述了分子中电子的分布和运动状态。
《配位场理论》PPT课件
配位场理论概述配位场理论的基本概念配位场理论的应用实例配位场理论的挑战与展望参考文献
contents
目录
01
配位场理论概述
配位场理论是一种描述物质中电子行为的量子力学理论,主要应用于化学和材料科学领域。
该理论通过引入配位场的概念,描述了电子在分子或晶体中的运动状态和相互作用,从而解释了物质的物理和化学性质。
简化理论模型
随着实验技术的不断发展,未来有望通过更精确的实验手段验证配位场理论的预测结果,推动理论与实验的更紧密结合。
实验技术的进步
未来研究可能会寻求将配位场理论应用于更广泛的材料体系,以拓展其应用领域,更好地服务于材料科学和物理学的发展。
拓展应用领域
05
参考文献
- 配位场理论的发展历程
THANKS
详细描述
配位场理论可以描述分子在反应过程中的电子结构和几何结构变化,从而揭示反应机理和反应速率。通过配位场理论,可以预测和控制化学反应过程,为化学工业和绿色化学的发展提供支持。
04
配位场理论的挑战与展望
1
2
3
配位场理论涉及大量的数学和物理概念,模型构建和计算过程相当复杂,对理论理解和计算能力要求较高。
电子构型是指分子中原子的电子排布和分布状态,它决定了分子的化学性质和稳定性。
第3章 配合物的化学键理论
Mn2+ < Co2+ Ni2+ < V2+ < Fe3+ < Cr3+ < Co3+ < Mo3+ < Rh3+ < Ir3+ < Pt4+
3. 晶体场理论
3. 晶体场理论
(3)配体的性质和光谱化学序
(A)同一金属、不同配位原子对的影响 I < Br < Cl < S < F < O < N < C
MXL5:拉长 / 缩短八面体
3. 晶体场理论
3. 晶体场理论
3.2 晶体场分裂能( )及其影响因素
晶体场分裂能( ):d轨道能量分裂后,最高能量d轨道与最低能量 d轨道之间的能量差。相当于1个电子从能量最低d轨道跃迁至能量最高d 轨道所需吸收的能量。
影响因素:
(1)晶体场类型
八面体场、四面体场、平面正方形场· · · · · ·
[Co(NH3)6]3+
o = 23000 cm-1
(C)中心金属离子半径:半径越大, 越大。 中心离子半径越大,d轨道离核越远,易在配体场作用下改变能量, 增加。 同族元素, 随中心离子轨道主量子数的增加而增加: 3d4d, 增加约40%50%; [Co(NH3)6]3+ [Rh(NH3)6]3+ 4d5d, 增加约20%25%
原子半径减小 电负性减小
(B)光谱化学序列 (spectrochemical series) 弱场 I-<Br-<S2-<SCN-<Cl-<NO3-<F-<(NH2)2CO<OH- ~
CH3COO- ~ HCOO-<C2O42-<H2O<NCS-<gly-<CH3CN<edta4<py < NH3<en<NH2OH<bpy<Phen<NO2-<PPh3<CN-<CO 强场
《配位场理论》PPT课件
▪ 金属原子簇化合物:在多核配位化合物中,若 M—M之间有键合称为金属原子簇化合物。
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4
二、配位体
●每个配位体至少有一个原子具有一对(或多对)孤对电子,或
分子中有π 电子。如,N、O、C、P、S、Cl、F等。
● 根据配位体所提供的络合点数目和结构特征,可将配体分成以 下几类:
如:C2H4、丁二烯、CO、C6H6、C5H5
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5
三、配位化合物结构理论的发展
1、价键理论
(1)基本内容:
根据配位化合物的性质,按杂化轨道理论用共价配键和电 价配键解释配位化合物中金属离子和配体间的结合力。
例如: ★ Fe(CN)64-、Co(NH3)63+、Co(CN)64-、Ni(CN)42-等呈现反磁
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10
4、配位场理论
▪ 在处理中心金属原子在其周围配位体所产 生的电场作用下,金属原子轨道能级发生 变化时,以分子轨道理论方法为主,根据 配位体场的对称性进行简化,并吸收晶体 场理论的成果,阐明配位化合物的结构和 性质。
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第二节 晶体场理论
一、晶体场理论的基本要点 (1)络合物中心离子(M)和配位体(L)的相互作用
2
E t2g 5 0 4 D q
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2.正四面体场(Td场)
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9
3. 分子轨道理论
用分子轨道理论的观点和方法处理金属离子和配位 体的成键作用。 描述配位化合物分子的状态主要是M 的价层电子波函数 ΨM与配体L的分子轨道 ΨL组成离 域分子轨道:
cM M cL L
式中:ΨM包括M中(n-1)d,ns,np等价层轨道, ΣcLΨL可看作是群轨道。
配位化学:配合物的晶体场理论和配位场理论
(五) d 轨道在平面正方形场中的分裂
dx2-y2
dxy
dz2
x
y
x
y
dxz, dyz
D4h场
平面正方形场中d轨道能级分裂图
(六) d轨道中电子的排布—高自旋态和低自旋态
1、分裂能Δ和成对能P
(1) 八面体场中d轨道的分裂能
• 高能量的dx2-y2和dz2二重简并轨道,称为dγ能级 • 低能量的dxy、dxz和dyz三重简并轨道,称为dε
Eeg Et2g 10Dq 2Eeg 3Et2g 0
得:
Eeg
6Dq
(或0.6
)
0
Et 2 g
4Dq
(或
0.4
)
0
可见,在八面体场中, d轨道分裂的结果是:与Es能级相比较, eg轨道能量上升了6Dq, t2g轨道能量下降了4Dq。
影响Δ大小的因素: ①配体:中心离子固定,配体构型一定,Δ值大小与配体有关, 大致为:
2、d电子排布
电子在d轨道中的排布与Δ和P相对大小有关。
Δ< P
Δ> P
Ea E0 (E0 ) 2E0 Eb E0 (E0 P) 2E0 P
讨论:
(1) 0 P, Ea Eb , (A)态稳定,弱场时高自旋排布稳定。 (2) 0 P, Ea Eb , (B)态稳定,强场时低自旋排布稳定。
(3) 高自旋态即是Δ较小的弱场排列,不够稳定,未成对电子多而磁矩高, 具顺磁性。低自旋态即是Δ较大的强场排列,较稳定,未成对电子少而磁 矩低。
(4) 对比稳定性时,高自旋与外轨型,低自旋与内轨型似有对应关系,但二 者是有区别的。高、低自旋是从稳定化能出发的,内、外轨型是从内外 层轨道的能量不同出发的。
d带中心与配位理论ppt课件
台阶图
Fig2. Standard free energy diagram for the OER at zero potential (U=0)
Man I C, Su H Y, Calle‐Vallejo F, et al. Universality in oxygen evolution electrocatalysis on oxide surfaces[J]. ChemCatChem, 2011, 3(7): 1159-1165.
Calle-Vallejo F, Tymoczko J, Colic V, et al. Finding optimal surface sites on heterogeneous catalysts by counting nearest neighbors[J]. Science, 2015, 350(6257): 185-189.
配位理论
Federico Calle-Vallejo
Hongliang Xin
CN
cn(j )n j
/
cn max
j 1பைடு நூலகம்
For example : CN=(9/12*6+12/12*3)
Fig6. Adsorption energies of *OH atop, described by generalized (left) and hydrogen-containing species against CN and In usual (right) coordination numbers of the sites to which the adsorbate is bound.
Fig7. Trends in the adsorption energies of extended surfaces as a function of CN (left) and d-band center (right).
第三章 配位化学基础ppt课件
含两个或两个以上的中心离子。如[(H2O)4Fe(OH)2Fe(H2O)4]4+。
(7)冠醚、穴醚和球醚配合物:
对碱金属和碱土金属有很强的配位能力。如18-冠-6。
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34
无机化学
12.1.3 配合物的命名 1、配体的名称 (1)电中性配体的名称:
CO-羰基、N0-亚硝酰、O2-双氧、N2-双氮。 (2)无机阴离子配体的名称:
供π电子,后者提供孤对电子对。
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成键 成键
(- )成键
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(4) 配位数
配位数是指中心离子(原子)与配体间所形成的σ配键的总 键数。它是决定配合物空间构型的主要因素。
单齿配体:配位数等于内界配体的总数。
多齿配体:各配体的配位原子数与配体个数乘积之和。
[Co(NO2)(NH3)5]Cl2 [CrCl(H2O)5]Cl2 ·H2O
2、我国的情况
周朝:茜草根+粘土或白矾
红色茜素染料。
O
OO Al3+/3
OCa2+/2
二(羟基)蒽醌与Al3+、Ca2+ 生成的红色配合物
3、化学文献最早关于配合物的研究
1798年法国化学家发现[Co(NH3)6]Cl3,之后陆续发现了
[Co(NH3)5 H2O]Cl3 .和[Co(NH3)24H精2品O课]C件l3以及其他配合物。
2d轨道的能级在晶体场中发生分裂八面体场中d轨道能级分裂自由离子的能量在球形对dqdqdq无机化学无机化学无机化学无机化学1配合物几何构型的影响2配体的影响3中心离子的影响352影响分裂能大小的因素无机化学无机化学一配合物几何构型的影响在正四面体配合物中配体占据立方体的4个顶点配体与d轨道之间不会出现迎头相碰的作用所以正四面体的分裂能仅相当于正八面体分裂能的49
配位化学课件
⑵羰基配合物的结构
羰基配合物是指CO与过渡金属所形成的配合物。
⑵中心离子的d轨道在配位体电场的作用下,使原 来能量相同的简并轨道发生能级分裂,有些轨道能量 降低,有些轨道能量升高。
把轨道分裂后,最高能级的d轨道与最低能级的d 轨道之间的能量差—分裂能。
⑶中心离子d轨道的能级分裂,必然会导致在形 成配合物时d电子的重新排布,使配合物体系的能量 下降,产生额外的晶体场稳定化能,从而使配合物 更为稳定。
∴ 4Eeg+6Et2g=0
Eeg-Et2g=10Dq
∴Eeg=+6Dq
Et2g=-4Dq
可见,在八面体体场中,d轨道能级发生分裂。 每个eg轨道升高6Dq,每个t2g轨道降低4Dq。
②正四面体场中d轨道的能级分裂
当四个配体正好位于正四面体的四个顶点时, 其排列情况和立方体的中心放置金属离子,立方体 的八个顶点每隔一个顶点放置一个配体的排列情况 相同,这样就形成了正四面体场。此时dxy,dyz, dzx分别指向立方体四个平行的棱边中点,距配位体 较近,受到负电排斥作用较强,能级升高。而dz2, dx2-y2分别指向立方体的面心,距配位体较远,受到 的负电排斥作用较弱,使能级下降。
d电子 离子 数
1
V4+
4
Mn3+
5
ห้องสมุดไป่ตู้
Fe3+
某些配合物的磁矩
配位化学基础(课堂PPT)
④ 配位原子相同,配体 中原子个数少的在前。 [ Pt(py)(NH3)(NO2)(NH2OH)] Cl 氯化硝基•氨•羟氨• 吡啶合铂(II)
46
⑤ 配体中原子个数相同, 则按和配位原子直接相连的配体 中的其他原子的元素符号的英文 字母表次序。
如 NH2- 和 -NO2- 排序, 则 NH2- 在前。
9
2. 配位化合物的构成 配位化合物一般由内界和 外界两部分构成。 配位单元为内界,而带有 与内界异号电荷的离子为外界。
10
例如 [ Co(NH3)6 ]Cl3 中, [ Co(NH3)6 ]3+ 是内界,
Cl- 是外界。 又如 K3 [ C(r CN )6 ] 中, [ C(r CN)6 ]3- 是内界,
Cu2 [ SiF6 ] 六氟合硅(IV)酸亚铜 几种不同的配体之间加 “ • ” 隔开。
40
[ Co(NH3)5 H2O ] Cl3 三氯化五氨•水合钴(III)
Cu2 [ SiF6 ] 六氟合硅(IV)酸亚铜 中心后面加( ),内写罗 马数字表示中心的化合价。
41
3. 配体的先后顺序 在配位单元中,可能涉及多种 配体,所以要明确规定命名时配体 的次序。 下述的每条规定均以其前一条 规定为基础。
主要有两大类 : 结构异构(或称为构造异构)和 立体异构(或称为空间异构)。
57
配位单元的组成相同, 但配体与中心的键连关系不 同,将产生结构异构;
58
配位单元的组成相同,配体 与中心的键连关系也相同,但在 中心的周围各配体之间的相关位 置不同或在空间的排列次序不同 , 则产生立体异构。
59
1. 结构异构 结构异构又叫构造异构。 键联关系不同,是结构异构 的特点。 中学阶段学习过的有机化合 物的异构现象多属此类。
d带中心和空反键态的关系
d带中心和空反键态的关系我们来了解一下d带中心和空反键态的含义。
d带中心是指在配位化合物中,金属离子的d轨道形成的一个能带。
而空反键态则是指配位化合物中的配体分子中的一个反键轨道,它是通过配体中的π键形成的。
这两种态都是化学反应中的重要中间态,它们在配位化学和催化反应中起着关键的作用。
d带中心和空反键态之间存在着密切的关系。
在配位化合物中,金属离子的d带中心可以与配体的空反键态形成配位键。
这种配位键的形成需要一定的能量,但是它具有较强的键强度和方向性。
因此,d带中心和空反键态的结合能够显著增强配位化合物的稳定性。
这种稳定性的增强对于配位化学和催化反应具有重要意义。
在配位化学中,d带中心和空反键态的结合可以影响配位化合物的性质和性能。
例如,在过渡金属配合物中,d带中心和空反键态的结合可以调控配位键的键长和键强度。
这对于配位化合物的磁性、光谱性质和电子结构等方面都有影响。
此外,d带中心和空反键态的结合还可以改变配位化合物的催化活性。
通过调控配位键的性质,可以有效地促进催化反应的进行,并提高反应的选择性和效率。
除了在配位化学中的应用,d带中心和空反键态的结合在有机合成和有机催化反应中也起着重要的作用。
在有机合成中,通过选择合适的配体和反应条件,可以有效地控制d带中心和空反键态的结合,从而实现对有机分子的选择性转化和功能化。
在有机催化反应中,d 带中心和空反键态的结合可以作为催化剂的活性位点,参与反应的过程。
通过调控d带中心和空反键态的结合能,可以有效地调控催化剂的活性和选择性,从而实现对有机分子的高效转化。
d带中心和空反键态之间存在着密切的关系。
它们在化学反应中起着关键的作用,对于配位化学、有机合成和有机催化反应具有重要意义。
通过深入理解和研究这两种态的性质和特点,我们可以更好地设计和调控化学反应,实现对化学变换的控制和优化。
在未来的研究中,还需要进一步探索和发展d带中心和空反键态的应用,为化学反应的发展和应用提供更多的可能性。
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Fig3. Adsorption energy of HOO* plotted against the adsorption energy of HO*.
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Xin H, Linic S. Communications: Exceptions to the d-band model of chemisorption on metal surfaces: The dominant role of repulsion between adsorbate states and metal d-states[J]. 2010.
Calle‐Vallejo F, Martínez J I, García‐Lastra J M, et al. Fast prediction of adsorption properties for platinum nanocatalysts with generalized coordination numbers[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53(32): 8316-8319.
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cn(j )n j
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华山论剑:d-band center 理 论与配位理论
学生:吴德垚 2017年07月05日
Reactivity Descriptor
simple and effective
d-band center 理论
Jens K. Nørskov
Bjørk Hammer
Hammer B, Morikawa Y, Nørskov J K. CO chemisorption at metal surfaces and overlayers[J]. Physical review letters, 1996, 76(12): 2141.
吉布斯自由能变
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1)
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Fig7. Trends in the adsorption energies of extended surfaces as a function of CN (left) and d-band center (right).
surf d
bulk d
Esurf (CN surf 2d f CN bulk
2019/10/23
11
存在问题
the exceptions to the d-band model
the discrete nature of electronic states
a formidable computational cost
Fig5. DFT-GGA adsorption energies of O and OH on Pd and Pt skin alloys are plotted as a function of the center of d-band projected on surface atoms.