OCR 高级 GCE 化学/颜色

首先回顾趋势和模式模块中的颜色部分：[1]

3d 亚层

3d 亚层中的所有五个轨道都具有两个电子，并且都处于相同的能量级（简并）。但是，正如我们将要发现的那样，这仅仅是当涉及的原子或离子是孤立的（没有与其他任何东西结合）时。在过渡元素原子或离子中，电子将填充这些轨道中的任何一个，并在配对之前填充每一个。

d 轨道分裂：这是 d 轨道在一个（八面体）过渡金属配合物中，因此不再是孤立的。沿着与 3d_z2 和 3d_x2y2 轨道相同的轴形成六个配位键。因此，这些轨道比其他轨道具有更高的能量。这会在它们和低能轨道之间产生一个更高的能量级轨道，并用 ΔE 标记。

电子跃迁

如果过渡元素配合物在低能轨道中至少有一个电子，并且在高能轨道中至少有一个空间，则电子可以跃迁到高能轨道。不过，这需要能量，这就是为什么需要光的原因。前面描述的能量间隙 ΔE 是允许跃迁所需的来自吸收光的能量量。根据量子理论和方程 e=hf，光的能量与其波长成正比。因此，特定跃迁的能量量将对应于光的特定波长（因此是颜色）。过渡金属吸收人眼可见范围内的光波长，因此我们看到颜色。

如果特定波长的光被配合物吸收用于电子跃迁，那么反射的光将没有该波长，因此看起来与白色（所有波长）不同。

使用趋势和模式模块中的色轮，我们可以确定需要 4*10^-19J 进行跃迁的配合物溶液的颜色。

绿光具有 4*10^-19J 的能量，因此吸收绿色，反射光看起来是紫色。

不符合上述标准的化合物将是白色的，例如 Cu+ 化合物是无色的，因为电子构型是 [Ar]3d¹⁰4s⁰。由于 3d 亚层已满，因此不能发生电子跃迁。

配体交换导致的颜色变化

如果配体被取代，E 间隙可能会增加或减小，这将改变从白光中吸收的光的频率。

如果能量间隙变小，则吸收光的能量，因此频率会下降。这种光将具有更大的波长，例如蓝色->绿色光被吸收，因此黄色->红色被观察到。

如果能量间隙增加，则所需的频率增加。吸收光的波长减小，例如橙色->蓝色被吸收，蓝色->黄色被观察到

记住：对于所有波，速度 = 频率 X 波长

此外，当向配合物中添加反应物时，过渡金属也可能发生还原或氧化反应。这也会改变溶液的颜色。

金属配合物的用途和光谱

过渡元素因其颜色而用于颜料，因为其颜色鲜艳，而且可以制成纯白色。

TiO₂ 用作白漆，因为它非常擅长隐藏下面的其他颜色。

酞菁蓝 BN 用于油漆和染料中的鲜艳蓝色 - 它非常稳定。

可见光谱仪可用于预测过渡金属配合物的颜色。可以使用可见光谱仪为配合物绘制图形，并且可以识别每个波长的相对吸收率。

问题

1. 我们如何称呼孤立过渡金属原子/离子的轨道？

2. 为什么会发生 d 轨道分裂？

3. 哪些 d 轨道是高能轨道？画出来

4. 能量间隙对应什么？

5. 如何改变能量间隙，它会有什么作用？

答案