如何简单理解姜-泰勒效应产生的原因,以及造成的效应?

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一. Jahn 和 Teller 在 1937 年提出了著名的姜-泰勒效应。该理论指出:在对称的非线性分子中,如果体系的基态有多个简并能级,就会发生自发的畸变而使得简并消除,这种简并消除往往可以使体系的对称性和能量降低,因此姜-泰勒效应通常也是自发进行的。基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态叫基态。这是电子的稳定状态。简并:几个不同态具有一样的能量。简并能级:处于同一能级,但是量子态不同。同一能级中有几种量子态称为几重简并能级。

二. 下面举个例子来具体介绍:

在以金属原子为中心的MO6八面体中,姜-泰勒效应表现为其八面体结构的扭曲(MO6八面体中原本6个等长的M-O键变为2长4短或2短4长)。如下图所示:

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根据晶体场理论,姜-泰勒效应与过渡金属d电子在能级t2g和eg的分布排列有关。八面体配合物中,5个d轨道可以分成两类,即t2g(三重简并轨道dxy、dxz和dyz)以及eg(二重简并轨道dz2和dx2-y2­),如下图:

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其中eg 轨道的能量比t2g轨道的要高一些。Δ0(配体场分裂参数) 用于具体的能量差。1.在低自旋的态中,Δ0比电子成对能大,电子倾向于成对,电子按能量从低到高的顺序占据d轨道。t2g轨道被占据满了后电子才会去占据eg轨道。2.而在高自旋配合物中,Δ0比电子成对能小,eg轨道中的每个轨道在t2g轨道中的任一个占满两个电子之前将分别占据一个电子。如下图:

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低自旋状态(low-spin state)是指在一定的晶体场中,氧化态相同的同种过渡元素离子,在其电子构型中,自旋方向一致的不成对电子数为最少时所处的状态。

反之,自旋方向一致的不成对电子数为最多时所处的状态,则称为高自旋状态(high-spin state)。

在八面体配合物中, 姜-泰勒效应在奇数个电子占据 eg 轨道时最常观察到。

例如, 低自旋配合物中轨道上的电子为7或9时(也就是d7和d9,如Ni3+属于 d7低自旋态,Cu2+为d9低自旋态) 或有一个单eg电子的高自旋配合物:(Mn3+就属于d4高自旋态)。当eg轨道中存在一个单电子轨道时, 会产生拉长型和压缩型两种畸变。

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