第九章+配位化合物(二)

∴杂化类型为d2sp3，空间构型为八面体，较稳定。
4. 对价键理论的评价 优点： 价键理论根据配离子所采用的杂化轨道类型 较成功地说明了许多配离子的空间结构和配位数，而 且解释了外轨和内轨型配合物的磁性和稳定性差别。
价键理论主要解决了：中心离子与配位体间的结合 力(σ配位键)、中心离子(或原子)的配位数(等于杂化 轨道数)、配合离子的空间结构(决定于杂化轨道的 数目和类型)、稳定性(内轨大于外轨)，及某些配离 子的磁性。
3. 价键理论的实验根据 化合物中成单电子数和宏观实验现象中的磁性有关。
在磁天平上可以测出物质的磁矩 , 和原子或离子中
的单电子数 n 有如下近似关系： 单位玻尔磁子B.M.：
n(n 2) 1B.M. eh 4 mc
若 = 5.0B.M. 则 n = 4；若 n = 5，则 = 5.92B.M
①配位原子的电负性越大， sp3或sp3d2杂化可能性越大。
②配位原子的电负性越小， dsp2或d2sp3杂化可能性越大。
(3) 推测配合物的空间构型和稳定性 杂化轨道空间构型 内轨型配合物比相应的外轨型配合物更稳定。
例 实验测定[MnCl4]2-配离子的磁矩是5.88B.M.， 说明其几何构型。
1. 晶体场理论的理论要点 a. 配体与中心原子之间化学键的本质是静电作用。把
配体视为点电荷或偶极子，其配位原子的负电荷在 中心原子周围形成静电场，称为晶体场(crystal field)。 b. 晶体场对中心原子的、空间伸展方向不同的d轨道中 理论核心：
的电子中具心有原不子同d 的轨排道斥能作级用在，配使体d静轨电道场能中级的有分的裂升。高，
dx2-y2 和 dz2 的波瓣与六个配体正相对，受电场作 用大，能量升高得多，高于球形场，称为 eg轨道。 dxy, dxz, dyz不与配体相对，能量升高的少，低于球形 场，称为t2g 轨道。
晶体场的分裂能Δ(仅占组成配合物的总结合能的5~10%)
解：根据 n(n 2) 5.88 n(n 2) n=5， ∴ Mn2+只能用sp3杂化轨道与4个Cl-形成4个配位
键，几何构型为正四面体型。 Nhomakorabea[例] 已知[Mn(CN)6]4-的磁矩实测= 1.57B.M.，请
推测这个配合物的空间构型和稳定性。 解：Mn2+ 3d5
实测= 1.57B.M., n=1,与一个单电子相当
升高的幅度一致，仍为简并态； • 若电场是非球形对称的，则d 轨道发生分裂，
有的能量升高，有的能量降低。
1) d 轨道在正八面体场(Octahedron)中的分裂 正八面体场中的d轨道
六个配体沿 x、y、z 三轴的正负6个方向分布形 成电场。在电场中各轨道的能量均有所升高，5个d 轨道升高的能量之和与在球形电场中升高的能量之和 相等。但受电场作用不同，能量升高程度不同。
2.2 晶体场理论 ——CFT (Crystal Field Theory)
1929年，皮赛(Bethe. H.)首先提出晶体场理论， 把配体看作点电荷(或偶极子)，将金属离子和配位体 之间的相互作用完全看作静电的吸引和排斥，不形 成任何共价键。重点考虑配体静电场对金属 d 轨道 能量的影响，较好地解释了配合物的磁性质和光谱， 但不适用于烯烃配合物和零价金属配合物。
有的降低，称为能级分裂；当中心原子一定时，分 裂方式和程度由配体的配位能力和数目决定。 c. d电子优先填入分裂后能级较低的d轨道，使体系能 量降低。
2. 晶体场中的d 轨道能级分裂
轨道角度分布极
如 5 种d 轨道在自由原子中能量简并。 大值沿轴间伸展
轨道角度分布极 大值沿轴向伸展
但当原子处于电场中时，受到电场的作用，轨道 的能量要升高。 • 若配体引起的电场是球形对称的，各轨道能量
此关系式不适用于稀土元素，因其未成对电子位于 4f 轨道，实验值和计算值差距极大。表9-4
内/外轨型配合物的实验判据——磁矩 测定配合物的磁矩就可以了解中心原子的电子结构： 若为外轨型配合物，则中心原子的未成对电子数不变； 若为内轨型配合物，中心原子的电子结构大多会发生 变化，未成对电子数也会改变。
又如测得 [FeF6]3- 的 = 5.88 B.M.， n = 5，F-不使 Fe3+ 的d电子重排，为外轨配合物。
所以磁矩是价键理论在实验上的依据。
(1) [Co(en)3]2+
=3.82 B. M.
(2) [Fe(C2O4)3]3-
=5.75 B. M.
(3) [Co(en)2Cl2]Cl
=0
(1) 据 n(n 2) 3.82B.M.，n3，配合物中Co2+构型与自由 Co2+单电子数相同，配合物为外轨型，中心离子Co2+ 采取sp3d2杂化。
(2) 据 n(n 2) 5.75B.M.，n5，配合物中Fe3+构型与自由 Fe3+单电子数相同，配合物为外轨型，中心离子Fe2+ 采取sp3d2杂化。
(3) 据 n(n 2) 0 ，n0，配合物中Co3+电子完全成对， 因形成内轨型，中心离子Co3+采取d2sp3杂化。
4. 价键理论的应用 ——说明或推测配合物的一些性质
(1) 根据配位数判断杂化类型 例如：ML4型：sp3杂化或dsp2杂化； ML6型：d2sp3杂化或sp3d2杂化。
(2) 确定杂化类型 ——根据d电子数和配位原子的 电负性(或实测磁矩值)确定。
如：NH3 是个中等强度的配体，在[Co(NH3)6]3+ 中 究竟发生重排还是不发生重排？
实验测得 = 0 B.M.，推出 n = 0，无单电子。
Co：3d74s2
Co3+，3d6，若不重排，将有4个单电子：
只有发生重排时，才有n=0
因此：NH3 在此是强配体，杂化轨道是 d2sp3 ， 正八面体，内轨配合物。
局限性：
a. 忽略了配体对中心原子的作用，不能定量地解释 为什么中心原子与不同的配体形成配合物时，可 能采用不同的杂化轨道成键。(只是定性理论，不 能定量或半定量地说明配合物的性质。)
b. 价键理论无法说明配合物的可见和紫外吸收光谱 以及过渡金属配合物普遍具有特征颜色的现象， 这些问题可用晶体场理论得到比较满意的解释。