Skip to main content

ทฤษฎีสนามคริสตัลคืออะไร?

ทฤษฎีทฤษฎีสนามคริสตัลอธิบายกิจกรรมทางไฟฟ้าระหว่างอะตอมของสารประกอบโลหะในช่วงเปลี่ยนผ่านด้วยการมุ่งเน้นไปที่กิจกรรมไฟฟ้าระหว่างอะตอมในสารประกอบเหล่านี้ทฤษฎีนี้ทำหน้าที่อธิบายคุณสมบัติที่มีพลังของสารประกอบโลหะในช่วงเปลี่ยนผ่านรวมถึงสีโครงสร้างและสนามแม่เหล็กแม้ว่าอะตอมภายในสารประกอบเหล่านี้จะถูกผูกมัดซึ่งกันและกัน แต่ทฤษฎีสนามคริสตัลไม่สามารถใช้เพื่ออธิบายพันธะเหล่านี้ได้ทฤษฎีนี้ไม่สมบูรณ์รวมเข้ากับทฤษฎีสนามลิแกนด์เพื่อรวมความเข้าใจเกี่ยวกับพันธะระหว่างอะตอม

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ทฤษฎี Crystal Field ได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ John Hasbrouck Van Vleck และ Hans Blekeนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้พัฒนาทฤษฎีของพวกเขาควบคู่ไปกับทฤษฎีสนามลิแกนด์ไม่นานหลังจากการพัฒนาทฤษฎีทั้งสองนี้นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้รวมหลักการของทั้งสองซึ่งตอนนี้ทั้งคู่ศึกษาภายใต้ทฤษฎีสนามลิแกนด์สมัยใหม่การรวมกันของทฤษฎีทั้งสองนี้สร้างระบบสมการที่สามารถอธิบายสนามพลังงานและพันธะโมเลกุลได้ดีขึ้นภายในสารประกอบบางประเภท

สารประกอบโลหะทรานซิชันสามารถอธิบายได้บางส่วนโดยใช้ทฤษฎีสนามคริสตัลสารประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยอะตอมของโลหะเฉพาะซึ่งล้อมรอบด้วยอะตอมที่ไม่ใช่โลหะที่เรียกว่าแกนด์ในบริบทนี้อิเล็กตรอนของอะตอมที่แตกต่างกันเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบที่สามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีสนามคริสตัลพันธะที่เกิดขึ้นจากการโต้ตอบของอิเล็กตรอนเหล่านี้ยังอธิบายโดยใช้ทฤษฎีสนามแกนด์

คำว่าสนามคริสตัลในทฤษฎีสนามคริสตัลมาจากสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยกลุ่มของแกนด์อะตอมเหล่านี้สร้างสนามพลังงานที่เสถียรซึ่งโลหะทรานซิชันติดอยู่ภายในสาขาเหล่านี้อาจมาในรูปทรงเรขาคณิตที่หลากหลายสารประกอบโลหะทรานซิชันจำนวนมากมีฟิลด์ที่อยู่ในรูปของลูกบาศก์เนื่องจากสนามดังกล่าวมีความเสถียรโดยเฉพาะและสามารถต้านทานอิทธิพลของอะตอมที่ไม่ได้อยู่ในระบบเพื่อให้สารประกอบโลหะในช่วงเปลี่ยนผ่านยังคงมีเสถียรภาพมากขึ้น

สิ่งหนึ่งที่ทฤษฎีสนามคริสตัลเป็นสิ่งที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอธิบายคือสีของสารประกอบโลหะในช่วงเปลี่ยนผ่านในฐานะที่เป็นโครงสร้างที่ค่อนข้างเสถียรอิเล็กตรอนในสารประกอบชนิดใดชนิดหนึ่งเคลื่อนที่ไปทางหรือห่างจากนิวเคลียสของพวกเขาภายในระยะ จำกัดช่วงนี้กำหนดสีของสารเพราะมันดูดซับความยาวคลื่นบางอย่างของแสงที่สอดคล้องกับระยะทางที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เมื่อตื่นเต้นความยาวคลื่นที่ดูดซึมไม่สามารถมองเห็นได้ในสารประกอบนี้แต่สีตรงข้ามที่เห็นในวงล้อสีนั้นสะท้อนกลับมาให้สารที่มองเห็นได้