일반화학실험 | 결정장 갈라짐 에너지의 측정

 

 

 

TIP

 

 

배위 화합물의 리간드에 의한 결정장 갈라짐 에너지를 측정해서 리간드의 분광화학적 계열과 결정장 이론을 이해한다.

 

 

 

결정장 갈라짐 에너지(Crystal Field Splitting Energy)

배위 화합물의 에너지에 대한 간단하고 유용한 모형 중 하나가 결정장 이론이다. 이것은 금속과 리간드의 결합 모형을 이온성의 관점에서 설명하는 방법으로서 음전하를 가진 리간드가 중심원자에 접근함으로서 발생하는 영향을 설명해 준다.

 

 

예를 들면 자유로운 상태의 전이금속(또는 금속이온)은 에너지 준위가 서로 같은 다섯 개의 d-오비탈을 가지지만, 정팔면체 착물에서 6개의 리간드가 가지는 고립전자쌍의 음전하가 중심원자의 x, y, z축 방향으로 접근하면 리간드의 전자와 금속의 d-오비탈의 반발 정도에 따라 d-오비탈의 에너지가 서로 다르게 바뀌게 된다. 즉, 정팔면체 배위에서 중심금속 원자의 d-오비탈 중에서 축 상에 있는 d_z2, d_x2_-y2오비탈의 에너지는 축 사이의 다른 오비탈(d_xy, d_yz, d_zx)들의 에너지보다 높아지게 된다.

 

따라서 축 상의 2개 오비탈들은 다른 3개의 오비탈들보다 비교적 멀리 떨어져있게 되며 두 개의 에너지 준위로 분리되는데 이 다섯 개의 오비탈 중에서 에너지가 높아진 축 상의 두 오비탈은 eg준위에, 다른 세 개는 t_2g준위에 있게 된다. 이러한 두개의 에너지 준위의 차이를 Δ0로 표시하고 이것은 형성된 정팔면체 착물의 결정장 갈라짐 에너지(Crystal Field Splitting Energy)를 나타낸다.

 

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실험 방법

1. 실험 과정

1) [Cr(H₂O)₆(NO₃)₃]·3H₂O, [Cr(H₂O)4Cl₃]₂·H₂O, [Cr(en)₃]Cl₃ 를 증류수에 녹여서 다음과 같은 농도로 3가지 크로뮴 배위화합물의 용액을 만든다.

 

2) 분광광도계 사용법에 따라 [Cr(H₂O)₆(NO₃)₃]·3H₂O와 [Cr(H₂O)₄Cl₃]₂·H₂O는 500～800㎚ 영역에서, [Cr(en)₃]Cl₃는 400～700㎚ 영역에서 흡광도를 측정한다. 흡광도가 최대가 되는 파장을 측정하고 기록한다. 실험 진행은 흡광도가 최대가 되는 부근을 먼저 찾은 후에 파장을 5㎚, 1㎚ 간격으로 측정하여 최대 흡수파장을 찾아낸다. (Blank : 증류수)

 

 

 

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