Jahn-Tellerův efekt

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

V roce 1937 Hermann Arthur Jahn a Edward Teller dokázali, že každý nelineární molekulární systém v degenerovaném elektronovém stavu bude nestabilní, a proto se nějakým způsobem zdeformuje, aby došlo k opětovnému rozdělení energeticky rovnocenných orbitalů, které vznikly degenerací.

Důvody deformace[editovat | editovat zdroj]

Uvažujme ion Cu2+ v oktaedrickém komplexu. d-orbitaly jsou obsazeny devíti elektrony. Předpokládejme, že je z eg-orbitalů orbital dx2-y2 obsazen dvěma elektrony, zatímco v orbitalu dz2 je pouze jediný elektron. Aplikujeme-li CFT, je zřejmé, že 2 elektrony ležící na osách x a y budou ligandy odpuzovány více než jediný elektron na ose z. Elektrony z orbitalu dx2-y2 se proto více přiblíží jádru centrálního atomu a energetická hladina tohoto orbitalu se zvýší. V rámci zachování energetického těžiště se energetická hladina druhého eg-orbitalu musí zákonitě o stejnou hodnotu snížit. Důsledkem rozštěpení eg-orbitalů je pak rozdílná délka vazeb centrálního se čtyřmi ligandy ležícími v osách x a y a zbývajícími dvěma na ose z. V extrémním případě může dojít k takovému oddálení ligandů na ose z, že dojde k jejich úplnému odštěpení, vzniklý komplex má pak geometrii čtverce. Orbital dz2 se pak může v některých případech ocitnout na nižší energetické hladině, než na které se nachází nejméně výhodný t2g orbital.

Důsledky Jahn-Tellerova efektu[editovat | editovat zdroj]

Jahn-Tellerův efekt způsobuje deformaci oktaedru v komplexním iontu [Cu(H2O)6]2+. Axiální vazby Cu-O mají délku 238 pm, zatímco ekvatoriální pouze 195 pm

Vlivem přiblížení některých ligandů k centrálnímu atomu dojde i k rozštěpení t2g-orbitalů. Pro výše uvedený případ deformace vedoucí v konečném důsledku ke čtverci platí, že se nejnevýhodnějším t2g-orbitalem stane orbital dxy, protože leží právě mezi osami, kde dojde k přiblížení ligandů a tím pádem i k většímu odpuzování. Aby bylo zachováno celkové energetické těžiště, musí dva zbývající t2g-orbitaly energeticky poklesnout o polovinu hodnoty, o kterou stoupla hladina orbitalu dxy. Jak už bylo výše zmíněno, v některých čtvercových komplexech se může stát, že energetická hladina orbitalu dxy vystoupí nad úroveň orbitalu dz2.

Deformací vlivem Jahn-Tellerova efektu dojde ke stabilizaci iontů o konfiguracích t2g3eg (např. Cr2+ nebo Mn3+ ve vysokospinových komplexech), t2g6eg (např. Co2+ nebo Ni3+ v nízkospinových komplexech) a t2g6eg3 (např. Cu2+). Důvodem je pokles hladin plně obsazených orbitalů a naopak vzestup těch, které nesou nepárové elektrony. Celková energie elektronů se sníží o hodnotu uvolněné stabilizační energie.