일반화학 배위화합 결정장이론 질문!

Question

결정장이론에서 착 화합물 팔면체 구조에서 중심금속의 d오비탈은 축퇴되어 있다가, 리간드가 다가오면서 중심금속의 전자와 리간드의 고립 전자쌍 사이에 반발이 있게 되어 d오비탈의 에너지 준위가 x2-y2,z2(eg)와 xy,yz,xz(t2g)로 나뉜다고 배웠는데요.

배위결합 하는 법이 중심금속의 비어있는 d오비탈에 리간드의 비공유전자쌍을 배위하는 것인데 어떻게 리간드의 전자랑 금속의 d오비탈의 전자가 반발할 수 있는건가요..?? 애초에 d오비탈에 전자가 차있으면 결합이 안되는거 아닌가요..??

전상훈 전문가 · Accepted Answer

안녕하세요.  결정장이론(Crystal Field Theory ; CFT)은 착 화합물의 전자 구조와 그 특성을 이해하는 데 중요한 이론적 틀을 제공합니다. 질문에서 언급한 부분은 리간드와 중심금속 이온 사이의 상호작용과 그 결과로 발생하는 d오비탈의 에너지 수준 변화에 관한 것입니다.  d오비탈의 반발과 에너지 분할 : 결정장이론에서, 착 화합물의 구조(특히 팔면체 구조에서) 중심금속의 d오비탈은 원래 다섯 개 모두 같은 에너지 수준(축퇴 상태)에 있습니다. 리간드가 접근하면, 리간드의 비공유 전자쌍과 중심금속의 d오비탈에 있는 전자 사이에 전기적 반발이 발생합니다. 이 반발은 d오비탈을 두 그룹으로 분리시키는데, 이는 각 오비탈이 리간드와의 상대적인 공간적 위치에 따라 달라집니다. 팔면체 구조에서는 dₓ²₋ᵧ²와 d𝑧² 오비탈이 리간드와 축 방향으로 정렬되어 더 많은 반발을 받게 되므로, 이 두 오비탈은 더 높은 에너지 준위인 e_g로 이동합니다. 나머지 dₓᵧ , dᵧ𝑧 , dₓ𝑧 오비탈 t₂g로 분류되며, 상대적으로 더 낮은 에너지를 유지합니다. 결합과 d오비탈의 전자 : 리간드가 중심금속의 d오비탈에 비공유 전자쌍을 제공하여 결합을 형성하는 과정에서, 반드시 모든 d오비탈이 비어 있어야 하는 것은 아닙니다. 실제로, 많은 경우 중심금속의 d오비탈에 이미 일부 전자가 존재할 수 있습니다. 이 전자들과 리간드의 전자쌍 사이의 반발이 결정장 분할을 일으키는 원인 중 하나입니다. 중요한 것은, 결정장이론에서 이러한 전자들의 상호작용을 통해 에너지 준위가 어떻게 변화하는지를 설명하는 것입니다. 이러한 이해는 중심금속과 리간드 간의 전체적인 결합 강도와 안전성을 예측하는 데 도움을 줍니다. 또한, 결정장 분할은 착 화합물의 색상, 자기적 성질 및 전자적 성질 등 많은 중요한 화학적 특성에 영향을 미칩니다.