„Szybkie przełączanie” oznacza technicznie transfer ładunku ligand-metal (LMCT). Bardziej nowoczesną ramą jest teoria pola liganda. Musiałbym nauczyć klasę, aby w pełni wyjaśnić to w tych terminach, ale spróbuję wyjaśnić to w kategoriach tej hybrydyzacji, o której wspomniałeś.

Wiązanie chemiczne oznacza większe prawdopodobieństwo znalezienia elektronów między dwoma związanymi jądrami. Orbitale atomowe opisują gęstość elektronów poszczególnych jąder. Wiązanie między dwoma jądrami wymaga pewnego fizycznego nakładania się odpowiednich orbitali atomowych.

W ten sposób mówimy, że liniowa kombinacja orbitali atomowych, powiedzmy, że dwa składają się z Orbital 2s $ i 2p $ daje w wyniku orbital molekularny, który opisuje cząsteczkę. Zapisalibyśmy funkcję falową dla kompleksu jako:

$$ \ Psi = C_1 \ psi (2s) \ pm C_2 \ psi (2p) $$

Wielkość „mieszania” jest tylko kwestią dostosowania współczynników, $ C_n $. Można więc powiedzieć, że wiązanie w tej zbudowanej cząsteczce jest zhybrydyzowane. Hybrydyzacja $ sp ^ 3 $ oznaczałaby następujący rodzaj funkcji falowej: $$ \ Psi = C_1 \ psi (2s) \ pm C_2 \ psi (2p) \ pm C_3 \ psi (2p) \ pm C_4 \ psi (2p) $$

Podobnie, $ sd ^ 3 $ może oznaczać funkcję falową o następującym charakterze:

$$ \ Psi = C_1 \ psi ((n + 1) s) \ pm C_2 \ psi (nd) \ pm C_3 \ psi (nd) \ pm C_4 \ psi (nd) $$ gdzie $ n = 3 $ w przypadku Mn lub Cr.

Jeśli wykonuje się prawidłowe obliczenia orbitalu molekularnego na wartościowości 3d $, 4s $ i 4p $ dla manganu lub chromu oraz 2s $ i 2p $ dla tlenu w symetrii tetraedrycznej, a następnie można narysować cząsteczkę Diagram energii orbitalnej dla twojego kompleksu, gdy dopasujesz swoje wartości własne do prawidłowego śladu odpowiedniej macierzy transformacji ... i usłyszysz na nim trochę więcej żargonu, lub mogę wyjaśnić główny punkt naszych modeli: dlaczego myślimy o MnO $ _4 $ $ ^ - $ jest fioletowe.

Wiązania w, zwłaszcza nadmanganianu (właściwie nigdy nie robiłem obliczeń na dichromianie, chociaż powinny być w zasadzie podobne) są między Mn $ ^ {+ 7} $ a czterema O $ ^ {- 2} $ w geometria pokazana tutaj. Elektroujemność tlenu wyraźnie dyktuje większość gęstości elektronów, w wyniku czego są one osadzone na ligandach (tlen) zamiast metalu. Stan wzbudzenia elektronowego można osiągnąć przy absorpcji światła w zakresie 500-600 nm światła ze względu na względną słabość interakcji między ligandem a metalem. Gdyby były silniejszymi interakcjami, potrzeba więcej energii, aby wprowadzić elektrony w stan o wyższej energii, a kolor zostałby przesunięty na UV. Koło kolorów mówi ci, że absorpcja światła w zakresie 500-600 nm powinna być w przybliżeniu fioletowa, co widzimy w kolorze tego konkretnego kompleksu. W każdym razie ten stan wzbudzony oznacza, że ​​niektóre elektrony tymczasowo przemieszczają się z ligandu do metalu, co powoduje powstanie pasma LMCT.

„Kolor” to to, co widzimy, gdy elektrony przechodzą z wysokoenergetycznej orbity na mniej energetyczną, jeśli energia związana z tym przejściem wytwarza foton w widmie widzialnym. Pomocne może być zaprzestanie myślenia o elektronach jako znajdujących się albo na metalu albo na tlenie i rozważenie, że w takich przypadkach elektrony zajmują orbitale molekularne, które mogą obejmować więcej niż jeden atom. W tym przypadku wydaje się prawdopodobne, że jeden z omawianych orbitali może mieć wyższą gęstość elektronów wokół metalu, podczas gdy drugi może mieć wyższą gęstość elektronów wokół tlenu. Dlaczego Cr i Mn są wyjątkowe? Zinterpretowałbym to jako zbieg okoliczności, że tlenki tych metali są podatne na przejścia elektroniczne, które generują fotony, które są rejestrowane jako żywe kolory dla naszych oczu.