La series spettrochimica identifica una graduatoria di leganti e ioni metallici in base alla loro capacità di generare un campo. Questa serie è stata sviluppata inizialmente da R. Tsuchida nel 1938 attraverso lo studio di spettri elettronici di composti di coordinazione che coinvolgono metalli di transizione.
L’assunzione di base è che il metallo si presenti in forma ionica e i leganti si legano ad esso per attrazione elettrostatica, considerando i leganti come cariche negative puntiformi. A seconda del numero di elettroni nel catione metallico, si forma un diverso campo elettrostatico quando i leganti si avvicinano ad esso.
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Orbitali d e serie spettrochimica:
Vi sono cinque orbitali degeneri di tipo d: dxy, dxz, dyz, dx2-y2, dz2. Per gli orbitali dxy, dxz, dyz, la massima probabilità di trovare gli elettroni è a 45° rispetto agli assi cartesiani, mentre per gli orbitali dx2-y2, dz2 è lungo gli assi.
Se lo ione è circondato da un campo con simmetria sferica di cariche negative, si verifica un aumento dell’energia degli orbitali d a causa dell’effetto repulsivo tra il campo negativo e gli elettroni negli orbitali d. Viceversa, in caso di simmetria ottaedrica, gli elettroni d vengono repulsi dalle cariche puntiformi dei leganti, provocando un’instabilità dipendente dalla forma del complesso e dalla direzionalità degli orbitali d.
Separazione del campo dei leganti:
Questa situazione porta ad una separazione degli orbitali d precedentemente degeneri in due gruppi: orbitali dx2-y2, dz2 a energia più elevata (eg) e orbitali dxy, dxz, dyz a energia inferiore (t2g). L’innalzamento di energia degli orbitali dx2-y2, dz2 corrisponde ad un abbassamento di energia degli orbitali dxy, dxz, dyz.
La differenza di energia, chiamata separazione del campo, influisce sulla stabilità complessiva del complesso e sulla sua reattività.
Fattori che influenzano la separazione del campo cristallino
La separazione del campo cristallino, indicata con Δ e Δo per i complessi ottaedrici, rappresenta la repulsione elettrostatica tra gli elettroni d dell’ione metallico e le cariche puntiformi dei leganti. Questa misura è influenzata da diversi fattori:
Tipo e dimensioni del legante
Il tipo e le dimensioni dei leganti influenzano la repulsione elettrostatica tra gli elettroni d e le cariche puntiformi dei leganti, contribuendo alla separazione del campo cristallino.
Forza di legame tra legante e ione metallico
La forza di legame tra il legante e l’ione metallico ha un impatto diretto sulla separazione del campo cristallino, poiché determina la capacità del legante di influenzare la disposizione degli elettroni d.
Geometria e numero di coordinazione del complesso
La geometria e il numero di coordinazione del complesso metallico-legante influenzano la separazione del campo cristallino, poiché determinano la disposizione spaziale degli elettroni d.
Numero di ossidazione del catione metallico
Il numero di ossidazione del catione metallico può influenzare la separazione del campo cristallino, poiché determina la disponibilità degli elettroni d per interagire con i leganti.
Classificazione dei leganti
I leganti sono classificati in leganti a campo forte e a campo debole in base alla loro capacità di provocare una separazione del campo cristallino. I leganti a campo forte inducono un alto valore di Δ, mentre i leganti a campo debole determinano un Δ più basso.
Serie spettrochimica
I leganti sono classificati in base alla loro capacità di provocare una separazione del campo cristallino in una serie detta serie spettrochimica. Questa serie rappresenta l’ordine dei leganti in base alla loro forza nel separare il campo cristallino, come illustrato nella figura sottostante.
