d 오비탈의 에너지 갈라짐은 왜 발생하나요?
안녕하세요. 배위결합을 형성할 때에는 리간드의 비공유 전자쌍과 d오비탈 에 채워져 있는 전자 사이의 반발력 때문에 d오비탈에 채워져 있는 전자가 들뜰 수 있다고 하던데요, d오비탈의 에너지 갈라짐은 왜 발생하는 것인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 d 오비탈의 에너지 갈라짐은 배위결합에서 아주 핵심적인 현상인데요, 이 현상은 리간드가 중심 금속 이온 주변에 특정한 기하학적 배열을 이루며 접근할 때, 금속의 다섯 개 d 오비탈이 리간드의 전자 구름과 서로 다른 정도의 정전기적 반발을 받기 때문에 발생합니다.
우선 중심 금속 이온이 단독으로 존재할 때는 다섯 개 오비탈은 모두 같은 에너지를 가지고 있는데요, 이때 리간드는 금속 이온의 비어 있는 궤도에 비공유 전자쌍을 제공하여 배위결합을 형성합니다. 이때 리간드의 전자 구름은 금속의 d오비탈에 이미 존재하는 전자와 정전기적 반발을 일으키는데요, 하지만 모든 d 오비탈이 리간드 방향과 같은 정도로 마주하지 않으므로, 반발 정도가 오비탈마다 달라집니다. 예를 들어서 6개의 리간드와 결합을 형성하는 옥타헤드랄 착물의 경우에는 6개의 리간드가 금속을 중심으로 정육면체 모서리 방향(±x, ±y, ±z 축)을 따라 배치됩니다. 이때 이때 축 방향에 전자 밀도가 집중된 오비탈의 경우에는 리간드 전자 구름과 직접적인 반발을 강하게 받기 때문에 에너지가 상승하는 것입니다. 반면에 축이 아니라 축 사이 평면 방향에 퍼져 있는 오비탈의 경우에는 리간드와 직접 마주치지 않으므로 반발이 상대적으로 적으며 에너지가 낮아지게 되는 것입니다. 따라서 d 오비탈의 갈라짐은 리간드 전자 구름과 중심 금속 d 오비탈의 공간적 겹침 정도 차이 때문에 발생하는 것입니다. 감사합니다.