OCR 高階 GCE 化學/顏色

首先回顧趨勢和模式模組中的顏色部分：[1]

3d 亞層

3d 亞層中的所有五個軌道都具有兩個電子，並且都處於相同的能量級（簡併）。但是，正如我們將要發現的那樣，這僅僅是當涉及的原子或離子是孤立的（沒有與其他任何東西結合）時。在過渡元素原子或離子中，電子將填充這些軌道中的任何一個，並在配對之前填充每一個。

d 軌道分裂：這是 d 軌道在一個（八面體）過渡金屬配合物中，因此不再是孤立的。沿著與 3d_z2 和 3d_x2y2 軌道相同的軸形成六個配位鍵。因此，這些軌道比其他軌道具有更高的能量。這會在它們和低能軌道之間產生一個更高的能量級軌道，並用 ΔE 標記。

電子躍遷

如果過渡元素配合物在低能軌道中至少有一個電子，並且在高能軌道中至少有一個空間，則電子可以躍遷到高能軌道。不過，這需要能量，這就是為什麼需要光的原因。前面描述的能量間隙 ΔE 是允許躍遷所需的來自吸收光的能量量。根據量子理論和方程 e=hf，光的能量與其波長成正比。因此，特定躍遷的能量量將對應於光的特定波長（因此是顏色）。過渡金屬吸收人眼可見範圍內的光波長，因此我們看到顏色。

如果特定波長的光被配合物吸收用於電子躍遷，那麼反射的光將沒有該波長，因此看起來與白色（所有波長）不同。

使用趨勢和模式模組中的色輪，我們可以確定需要 4*10^-19J 進行躍遷的配合物溶液的顏色。

綠光具有 4*10^-19J 的能量，因此吸收綠色，反射光看起來是紫色。

不符合上述標準的化合物將是白色的，例如 Cu+ 化合物是無色的，因為電子構型是 [Ar]3d¹⁰4s⁰。由於 3d 亞層已滿，因此不能發生電子躍遷。

配體交換導致的顏色變化

如果配體被取代，E 間隙可能會增加或減小，這將改變從白光中吸收的光的頻率。

如果能量間隙變小，則吸收光的能量，因此頻率會下降。這種光將具有更大的波長，例如藍色->綠色光被吸收，因此黃色->紅色被觀察到。

如果能量間隙增加，則所需的頻率增加。吸收光的波長減小，例如橙色->藍色被吸收，藍色->黃色被觀察到

記住：對於所有波，速度 = 頻率 X 波長

此外，當向配合物中新增反應物時，過渡金屬也可能發生還原或氧化反應。這也會改變溶液的顏色。

金屬配合物的用途和光譜

過渡元素因其顏色而用於顏料，因為其顏色鮮豔，而且可以製成純白色。

TiO₂ 用作白漆，因為它非常擅長隱藏下面的其他顏色。

酞菁藍 BN 用於油漆和染料中的鮮豔藍色 - 它非常穩定。

可見光譜儀可用於預測過渡金屬配合物的顏色。可以使用可見光譜儀為配合物繪製圖形，並且可以識別每個波長的相對吸收率。

問題

1. 我們如何稱呼孤立過渡金屬原子/離子的軌道？

2. 為什麼會發生 d 軌道分裂？

3. 哪些 d 軌道是高能軌道？畫出來

4. 能量間隙對應什麼？

5. 如何改變能量間隙，它會有什麼作用？

答案