שדה הליגנד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-colors-edit-find-replace.svg יש לשכתב ערך זה. הסיבה לכך היא: ראו בדף השיחה.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
מערך האורביטלים של ‏ Ti(H2O)6]3+.

תאוריית שדה הליגנד (לרוב באנגלית: Ligand field theory או LFT) היא תאוריה בכימיה אי אורגנית המתארת את הקישור הקואורדינטיבי שנוצר בין הליגנדים ובין יוני המתכת בקומפלקסים. קומפלקסים הם תרכובות בהן יש יון מתכת מרכזי, והוא קשור למספר אטומים או מולקולות, שלרוב אינם מתכות, הקרוים ליגנדים. הקישור בין הקומפלקס לליגנד הוא קישור קואורדינטיבי, שבו שני האלקטרונים לקשר נתרמים על ידי הליגנד.

תאוריה זו מיישמת את שיטת האורביטלים המולקולריים על הקומפלקסים (בעיקר משיקולי סימטריה). בונים קומפלקס אוקטאהדרלי על ידי התבוננות באורביטלי החזית. מטבלת האופי המתאימה ניתן לבנות את מערך האורביטלים של הקומפלקס.

בהתחלה מתייחסים לליגנדים ככאלה היוצרים קשר בן שני אלקטרונים עם המתכת ותורמים למערך האורביטלות שני אלקטרונים המאכלסים את כל האורביטלות הקושרות קשרי סיגמא. האורביטלים כדוריים והקישור הוא על הצירים(אורביטלות משותפות). כל ליגנד מגיע עם זוג אלקטרונים. ניתן לראות שייווצר קישור סיגמא בין אורביטלי הקטיון על הצירים ואורביטלי הליגנדים.

אכלוס האלקטרונים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקטיון יכול להיות מספר משתנה של אלקטרונים והוא מקבל אלקטרונים שמקורם בליגנדים. ראשית מתאכלסים אלקטרוני הליגנדים. ללא תלות במספר האלקטרונים שבאים מיון המתכת - אלקטרוני המתכת יאכלסו אורביטלים לא-קושרים או אורביטלים אנטי-קושרים, ולמעשה לא יתרמו לקשר הנוצר בין הליגנדים ליון המתכת.

מספרם הכולל של האורביטלים שייווצרו הוא N) .N+9 - מספר הליגנדים, כל ליגנד מביא אורביטל אחד. 9 - מספר האורביטלים שמביא הקטיון). מספר האורביטלים הקושרים יהיה N. הרווח האנרגטי, החוזק של הקומפלקס הנוצר, בא מאלקטרוני הליגנדים.

בניית מערך אורביטלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בקומפלקס אוקטאהדרלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחפשים בטבלת האופי, היכן נמצאים האורביטלים הרלוונטיים. יכולים להשתתף אורביטלים מסוגים שונים. הקשרים שיוצרים הם קשרי סיגמה(σ). הMO שנוצרים - שישה אורביטלים קושרים המאוכלסים על ידי אלקטרוני הליגנדים. אורביטלים אלה הם הכוח המניע ליצירת הקומפלקס. ככל שהמספר הקוונטי הזוויתי נמוך יותר - החפיפה בין האורביטלים טובה יותר. אלקטרוני המתכת יאכלסו את אורביטלי t2g ו- *eg אין עירבוב בין האלקטרונים שמקורם בליגנדים והאלקטרונים שמקורם ביון המתכת. t2g - אורביטל לא קושר. *eg - אנטי-קושר, האלקטרונים בו לא תורמים לקשר אלא מחלישים את הקשר קטיון מתכת - ליגנד. המספר המקסימלי של קשרי פאי שיוכלו להיווצר בקומפלקס אוקטהדרלי הוא 12. (2 עבור כל ליגנד).

בקומפלקס טטראהדרלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

אם יש אלקטרוני d בקומפלקס - הם מאכלסים את אורביטלי e ואחר כך את אורביטלי t2. מקבלים אורביטל e יותר נמוך מ t2 (יודעים זאת משיקולים של תאוריית שדה הגביש).

סדר הפעולות בשדה הליגנד[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. בניית MO.
  2. לוקחים בחשבון את קשרי הסיגמה וכל האורביטלים המאוכלסים.
  3. קביעת סדר האנרגיה לפי חפיפה גדולה/קטנה.
  4. אורביטלים עם חפיפה טובה יוצרים 6 אורביטליפ מאוכלסים לחלוטין ונמוכים אנרגטית.
  5. האורביטל 2e9 האנטי-קושר הוא הנמוך ביותר מבין האורביטלים האנטי-קושרים מפני שלחפיפה של הקושר היא הקטנה ביותר.

אורביטלי פאי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בקומפלקסים אי-אורגניים יש לקחת בחשבון לא רק קישור סיגמה אלא גם קישור פאי, המשמעות היא שיהיו הרבה יותר אורביטלים. הסיבה לכך היא מקסימום צפיפות האלקטרונים מעל ומתחת לקו המחבר בין שני אטומים. אם לליגנד יש אלקטרוני d- ולעתים אורביטלי s, יכולים להיווצר קשרי פאי.

הסברים לשורה הספקטרוכימית[עריכת קוד מקור | עריכה]

תיאוריית שדה הליגנד היוותה בשורה חדשנית בכל הנוגע להסבר השורה הספקטרוכימית, זאת בעוד שדה הגביש לא הצליחה לספק עם הכלים שלה הסבר מדעי מובהק והיא נותרה בגדר "ניסיונית" במסגרתה של האחרונה. ההסבר הפשטני שמציעה תיאוריית שדה הליגנד הוא שאורביטלות (של הליגנדים כמובן) עשירות באלקטרונים מסוגלות לתרום מטען לאורביטלות הלא קושרות של המתכת (t2g ו-eg)-התהליך מכונה העברת מטען/קישוריות פאי. מטבע הדברים נוצר קשר חדש שהאורביטלות האנטי קושרות שלו גבוהות באנרגיה, הפיצול האנרגטי בפועל בין אורביטלי המתכת קטן והמפצל מוגדר כמפצל חלש. דוגמא בולטת לכאלו הם למשל ההלידים שאורביטלי p שלהם עתירי אלקטרונים.

בניגוד לכך במצב שבו ליגנדות האוחזות באורביטלות קושרות פאי הריקות מאלק', דווקא גבוהות באנרגיה ויגרמו לירידה באורביטלות הקושרות של המתכת ולפיצול גדול יותר בין רמותיה האנרגטיות. במצב שכזה מקובל לכנות את הליגנד-מפצל חזק. כאלו הם האמינים לדוגמא.

ככלל משמעותי לזכור בשיח זה כי כאשר ישנה אפשרות לדחיפת/העברת מטען בין הליגנדים למתכת הפיצול האנרגטי נוטה לקטון והמעברים האנרגטיים מתקרבים לאזור האור הנראה-והקומפלכסים מאמצים צבע מתאים כתוצאה מכך-הפרמנגנאט הוא יון המהווה דוגמא נפלאה לכך. מסיבה זו במקרים רבים, התמרת מפצל חזק במפצל חלש בתמיסה יכולה לחזק מאוד צבע של יוני מתכת בתמיסות מסיימות. השפעות ספקטרליות אלו, הן אלו שטבעו לסידור הליגנדים הזה את שמו שנראה לא טריוויאלי ממבט ראשון- השורה הספקטרוכימית.