Cesko.wiki Jahnův–Tellerův efekt
Author
Albert FloresJahnův-Tellerův efekt je kvantový jev v molekulách nebo iontech, který popisuje deformaci jejich symetrie z důvodu nepřítomnosti centrální osy (osy rotace). Jde o důsledek interakce elektronů a jádra v molekule, který vede k nerovnoměrnému uspořádání elektronů v molekulových orbitalů. To způsobuje nerovnoměrné rozložení náboje a asymetrii v molekule. Jahnův-Tellerův efekt má velký význam v oblasti chemie a fyziky, zejména v oblasti struktury a vlastností molekul s neuzavřenými elektronovými obaly, jako jsou molekuly přechodných kovů. Tento efekt ovlivňuje různé fyzikálně-chemické vlastnosti molekul, jako jsou spektra v molekulové spektroskopii, stabilita, reaktivita a magnetické vlastnosti. Jahnův-Tellerův efekt je pojmenován po dvou německých fyzikálních chemiků: Hermannu Jahnovi a Edwardu Tellero, kteří ho popsali a vysvětlili v roce 1937. Jejich základním příspěvkem bylo rozvoj teorie kvantové mechaniky, která vysvětluje tento efekt na základě interakce orbitálních elektronů s vibračními pohyby atomů v molekule. Jahnův-Tellerův efekt je důležitý pro porozumění mnoha chemickým a fyzikálním procesům a jeho studium má významné aplikace v oblastech jako je molekulová elektronika, katalýza a materiálový výzkum.
V roce 1937 Hermann Arthur Jahn a Edward Teller dokázali, že každý nelineární molekulární systém v degenerovaném elektronovém stavu bude nestabilní, a proto se nějakým způsobem zdeformuje, aby došlo k opětovnému rozdělení energeticky rovnocenných orbitalů, které vznikly degenerací.
-3D-balls.png)
Důvody deformace
Uvažuje se ion Cu2+ v oktaedrickém komplexu. orbitaly d jsou obsazeny devíti elektrony. +more Dále se předpokládá, že je z orbitalů eg orbital dx2-y2 obsazen dvěma elektrony, zatímco v orbitalu dz2 je pouze jeden elektron. Při použití teorie krystalového pole je zřejmé, že 2 elektrony ležící na osách x a y budou ligandy odpuzovány více než jediný elektron na ose z. Elektrony z orbitalu dx2-y2 se proto více přiblíží jádru centrálního atomu a energetická hladina tohoto orbitalu se zvýší. V rámci zachování energetického těžiště se energetická hladina druhého orbitalu eg musí o stejnou hodnotu snížit. Důsledkem rozštěpení orbitalů eg je pak rozdílná délka vazeb centrálního se čtyřmi ligandy ležícími v osách x a y a zbývajícími dvěma na ose z. V extrémním případě může dojít k takovému oddálení ligandů na ose z, že dojde k jejich úplnému odštěpení, vzniklý komplex má pak geometrii čtverce. Orbital dz2 se pak může v některých případech ocitnout na nižší energetické hladině, než na které se nachází nejméně výhodný orbital t2g.
Důsledky Jahnova-Tellerova efektu
[[Soubor:Hexaaquacopper(II)-3D-balls. png|náhled|vpravo|Jahnův-Tellerův efekt způsobuje deformaci oktaedru v komplexním iontu [Cu(H2O)6]2+. +more Axiální vazby Cu-O mají délku 238 pm, zatímco ekvatoriální pouze 195 pm]] Vlivem přiblížení některých ligandů k centrálnímu atomu dojde i k rozštěpení orbitalů t2g. Pro výše uvedený případ deformace vedoucí v konečném důsledku ke čtverci platí, že se nejnevýhodnějším orbitalem t2g stane orbital dxy, protože leží právě mezi osami, kde dojde k přiblížení ligandů a tedy i k většímu odpuzování. Aby bylo zachováno celkové energetické těžiště, musí dva zbývající orbitaly t2g energeticky poklesnout o polovinu hodnoty, o kterou stoupla hladina orbitalu dxy. Jak už bylo výše zmíněno, tak se v některých čtvercových komplexech může stát, že energetická hladina orbitalu dxy vystoupí nad úroveň orbitalu dz2.
Deformací vlivem Jahnova-Tellerova efeku dojde ke stabilizaci iontů o konfiguracích tb=2g|p=3eg (například Cr2+ nebo Mn3+ ve vysokospinových komplexech), tb=2g|p=6eg (například Co2+ nebo Ni3+ v nízkospinových komplexech) a tb=2g|p=6eb=g|p=3 (například Cu2+). Důvodem je pokles hladin plně obsazených orbitalů a naopak vzestup těch, které nesou nepárové elektrony. +more Celková energie elektronů se sníží o hodnotu uvolněné stabilizační energie.