姜-泰勒效应：修订间差异

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2024年10月8日 (二) 22:27的最新版本

由于姜-泰勒效应，[Cu(OH₂)₆]²⁺ 离子具有“伸长八面体”型结构，两个轴向的 Cu－O 键键长238 pm，四个共面的 Cu－O 键键长195 pm。

姜-泰勒效应（英文：Jahn-Teller effect，简称JTE），有时也被称为姜-泰勒变形或姜-泰勒畸变^[1]，描述了基态时有多个简并态的非线性分子的电子云在某些情形下发生的构型形变。分子发生几何构型畸变的目的是降低简并度，从而稳定其中一个状态。姜-泰勒效应主要出现在金属的配合物中，特别是某些金属染料的着色过程。该效应得名于1937年首次对其报导的赫爾曼·亞瑟·雅恩（英语：Hermann Arthur Jahn）及愛德華·泰勒。

为了消除简并态，八面体配合物将会沿着轴向（也就是z轴）扭曲。这一现象发生在有d轨域的金属络合物中。而简并性是在电子占据不同简并的轨道却可能有相同或相近的能量时产生。

配体的作用类似路易斯碱，可以给金属提供电子，过渡金属通过d轨道和配体发生相互作用形成含d轨道的金属配合物。八面体配合物中，6个M－L键的长度相等。

d轨道电子数与姜-泰勒效应显著程度
d轨道电子数	1	2	3	4		5		6		7		8	9	10
自旋				高自旋	低自旋	高自旋	低自旋	高自旋	低自旋	高自旋	低自旋
姜-泰勒变形程度	弱	弱		强	弱		弱	弱		弱	强		强

弱: t_2g轨道电子不均匀占据。强: e_g轨道电子不均匀占据。空白: 无。

八面体配合物中，5个d轨道可以分成两类，t_2g（包括轨道 d_xy, d_xz 和 d_yz）以及 e_g （包括轨道 d_z² 和 d_x²-y²）。t_2g 和 e_g 轨道的能量分别是相同的（就是说 t_2g 三个轨道的能量是相同的，e_g 以此类推），其中 e_g 轨道的能量比 t_2g 轨道的要高一些。Δ_O（配体场分裂参数）用于具体的能量差。在 Δ_O 比电子成对能大的配合物中，电子倾向于成对，电子按能量从低到高的顺序占据d轨道。在这样一种低自旋的态中，t_2g 轨道被占据满了后电子才会去占据 e_g 轨道。而在高自旋配合物中，Δ_O 比电子成对能小，e_g 轨道中的每个轨道在 t_2g 轨道中的任一个占满两个电子之前将分别占据一个电子。

在八面体配合物中，姜-泰勒效应在奇数个电子占据 e_g 轨道时最常为被我们观察到。如，低自旋配合物中金属上的电子为7或9时（也就是 d⁷ 和 d⁹）或有有一个单 e_g 电子的高自旋配合物，d⁴。因此 d⁹ 构型的Cu(II) 配合物常会出现姜-泰勒效应，比如本应为正八面体构型，但实际上为伸长（或缩短）八面体构型的 [Cu(OH₂)₆]²⁺ 离子。

需要注意的是姜-泰勒效应并不能预测变形的方向，只能预测存在一个不稳定的构型。

在实验上，姜-泰勒效应可以通过无机化合物的紫外-可见光谱来研究和解释。

姜-泰勒效应在有机化学中也有应用。

参见

参考文献

Jahn, H. A.; Teller, E. Stability of polyatomic molecules in degenerate electronic states. I. Orbital degeneracy. Proceedings of the Royal Society of London Series A-Mathematical and Physical Sciences 1937, 161, 220-235.
Shriver, D. F. & Atkins, P. W. (1999). Inorganic Chemistry (3rd ed) pp 235-236. Oxford University Press ISBN 0-19-850330-x.

^ 周公度、段连运. 结构化学基础第五版. 北京: 北京大学出版社. 2017. ISBN 9787301283073.

[1] 周公度、段连运. 结构化学基础第五版. 北京: 北京大学出版社. 2017. ISBN 9787301283073.

[1]

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+{{noteTA
-[[Image:Hexaaquacopper(II)-3D-balls.png|thumb|right|220px|[Cu(OH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>]<sup>2+</sup> 离子的结构。它为伸长八面体型结构，两个轴向的Cu－O键键长238pm，四个共面的Cu－O键键长195pm。]]
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-'''姜-泰勒效应'''（英文：Jahn-Teller effect，简称JTE），有时也被称为'''姜-泰勒变形'''，描述了基态时有多个[[兼并态]]的非线性分子的电子云在某些情形下发生的构型形变。分子发生几何构型畸变的目的是降低简并度，从而稳定其中一个状态。姜-泰勒效应主要出现在金属的[[配合物]]中，特别是某些金属染料的着色过程。
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+'''姜-泰勒效应'''（英文：Jahn-Teller effect，简称JTE），有时也被称为'''姜-泰勒变形'''或'''姜-泰勒畸变'''<ref>{{cite book |author1=周公度、段连运 |title=结构化学基础 |year=2017 |url=https://archive.org/details/jiegouhuaxuejich0005zhou |publisher=北京大学出版社 |location=北京 |isbn=9787301283073 |edition=第五版}}</ref>，描述了基态时有多个[[简并态]]的非线性分子的电子云在某些情形下发生的构型形变。分子发生几何构型畸变的目的是降低简并度，从而稳定其中一个状态。姜-泰勒效应主要出现在金属的[[配合物]]中，特别是某些金属染料的着色过程。该效应得名于1937年首次对其报导的{{tsl|en|Hermann Arthur Jahn|赫爾曼·亞瑟·雅恩}}及[[愛德華·泰勒]]。
-为了消除[[兼并性]]，八面体配合物将会沿着轴向（也就是''z''轴）扭曲。这一现象发生在有''d''轨道的金属配合物中。而[[兼并性]]是在电子占据不同的轨道却可能有相同或相近的能量时产生。
+为了消除简并态，八面体配合物将会沿着轴向（也就是z轴）扭曲。这一现象发生在有[[d軌域|d轨域]]的金属络合物中。而简并性是在电子占据不同简并的轨道却可能有相同或相近的能量时产生。
-配体的作用类似[[路易斯碱]]，可以给金属提供电子，过渡金属通过[[原子轨道|''d''轨道]]和配体发生相互作用形成含d轨道的金属配合物。八面体配合物中，6个M－L键的长度相等。
+配体的作用类似[[路易斯碱]]，可以给金属提供电子，过渡金属通过[[d軌域|d轨道]]和配体发生相互作用形成含d轨道的金属配合物。八面体配合物中，6个M－L键的长度相等。
-八面体配合物中，5个''d''轨道可以分成两类，''t<sub>2g</sub>''（包括轨道 ''d<sub>xy</sub>, d<sub>zx</sub>'' 和 ''d<sub>xy</sub>''）以及 ''e<sub>g</sub> ''（包括轨道 ''d<sub>z<sup>2</sup></sub>'' 和 ''d<sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub>''）。''t<sub>2g</sub>'' 和 ''e<sub>g</sub>'' 轨道的能量分别是相同的（就是说 ''t<sub>2g</sub>'' 三个轨道的能量是相同的，''e<sub>g</sub>'' 以此类推），其中 ''e<sub>g</sub>'' 轨道的能量比 ''t<sub>2g</sub>'' 轨道的要高一些。''Δ<sub>O</sub>''（''配体场分裂参数''）用于具体的能量差。在 ''Δ<sub>O</sub>'' 比电子成对能大的配合物中，电子倾向于成对，电子按能量从低到高的顺序占据''d''轨道。在这样一种低自旋的态中，''t<sub>2g</sub>'' 轨道被占据满了后电子才会去占据 ''e<sub>g</sub>'' 轨道。而在高自旋配合物中，''Δ<sub>O</sub>'' 比电子成对能小，''e<sub>g</sub>'' 轨道中的每个轨道在 ''t<sub>2g</sub>'' 轨道中的任一个占满两个电子之前将分别占据一个电子。具体请参见[[晶体场理论]]、[[配位场理论]]条目。
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+|+ d轨道电子数与姜-泰勒效应显著程度
+! d轨道电子数 !! 1 !! 2 !! 3 !! colspan="2" | 4 !!  colspan="2" | 5  !! colspan="2" | 6 !! colspan="2" | 7 !! 8 !! 9 !! 10
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+弱: ''t<sub>2g</sub>''轨道电子不均匀占据。 强: ''e<sub>g</sub>''轨道电子不均匀占据。 空白: 无。
-在八面体配合物中，姜-泰勒效应在奇数个电子占据 ''e<sub>g</sub>'' 轨道时最常为被我们观察到。如，低自旋配合物中金属上的电子为7或9时（也就是 ''d<sup>7</sup>'' 和 ''d<sup>9</sup>''）或有有一个单 ''e<sub>g</sub>'' 电子的高自旋配合物，''d<sup>4</sup>''。因此 ''d<sup>9</sup>'' 构型的Cu(II)配合物常会出现姜-泰勒效应，比如本应为八面体构型，但实际上为伸长八面体构型的 [Cu(OH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>]<sup>2+</sup> 离子。
+八面体配合物中，5个d轨道可以分成两类，t<sub>2g</sub>（包括轨道 d<sub>xy</sub>, d<sub>xz</sub> 和 d<sub>yz</sub>）以及 e<sub>g</sub> （包括轨道 d<sub>z<sup>2</sup></sub> 和 d<sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub>）。t<sub>2g</sub> 和 e<sub>g</sub> 轨道的能量分别是相同的（就是说 t<sub>2g</sub> 三个轨道的能量是相同的，e<sub>g</sub> 以此类推），其中 e<sub>g</sub> 轨道的能量比 t<sub>2g</sub> 轨道的要高一些。Δ<sub>O</sub>（配体场分裂参数）用于具体的能量差。在 Δ<sub>O</sub> 比电子成对能大的配合物中，电子倾向于成对，电子按能量从低到高的顺序占据d轨道。在这样一种低自旋的态中，t<sub>2g</sub> 轨道被占据满了后电子才会去占据 e<sub>g</sub> 轨道。而在高自旋配合物中，Δ<sub>O</sub> 比电子成对能小，e<sub>g</sub> 轨道中的每个轨道在 t<sub>2g</sub> 轨道中的任一个占满两个电子之前将分别占据一个电子。
+在八面体配合物中，姜-泰勒效应在奇数个电子占据 e<sub>g</sub> 轨道时最常为被我们观察到。如，低自旋配合物中金属上的电子为7或9时（也就是 d<sup>7</sup> 和 d<sup>9</sup>）或有有一个单 e<sub>g</sub> 电子的高自旋配合物，d<sup>4</sup>。因此 d<sup>9</sup> 构型的Cu(II) 配合物常会出现姜-泰勒效应，比如本应为正八面体构型，但实际上为伸长（或缩短）八面体构型的 [Cu(OH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>]<sup>2+</sup> 离子。
 需要注意的是姜-泰勒效应并不能预测变形的方向，只能预测存在一个不稳定的构型。
-在试验上，姜-泰勒效应可以通过无机化合物的[[紫外-可见光谱]]来研究和解释。
+在实验上，姜-泰勒效应可以通过无机化合物的[[紫外-可见光谱]]来研究和解释。
 姜-泰勒效应在有机化学中也有应用。
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 *[[晶体场理论]]、[[配位场理论]]
 *[[势能面]]
-*[[非绝热过程]]
+*{{link-en|非绝热过程|diabatic}}
-*[[圆锥相交]]
+*{{link-en|圆锥相交|conical intersection}}
-*[[避免交叉]] (Avoided crossing)
+*[[避免交叉]]（avoided crossing）
-*[[振动耦合]]
+*[[电子振动耦合]]
 ==参考文献==
-* Jahn, H. A.; Teller, E. Stability of polyatomic molecules in degenerate electronic states. I. Orbital degeneracy. ''Proceedings of the Royal Society of London Series A-Mathematical and Physical Sciences'' '''1937''', ''161'',  220-235.
+* Jahn, H. A.; Teller, E. Stability of polyatomic molecules in degenerate electronic states. I. Orbital degeneracy. Proceedings of the Royal Society of London Series A-Mathematical and Physical Sciences '''1937''', ''161'',  220-235.
 * Shriver, D. F. & Atkins, P. W. (1999). Inorganic Chemistry (3rd ed) pp 235-236. Oxford University Press ISBN 0-19-850330-x.
+{{Authority control}}
 [[Category:結構化學]]
 [[Category:配位化學]]
-[[ca:Efecte Jahn-Teller]]
-[[cs:Jahn-Tellerův efekt]]
-[[da:Jahn-Teller effekten]]
-[[de:Jahn-Teller-Effekt]]
-[[en:Jahn–Teller effect]]
-[[es:Efecto Jahn-Teller]]
-[[fr:Effet Jahn-Teller]]
-[[it:Effetto Jahn-Teller]]
-[[ja:ヤーン・テラー効果]]
-[[nl:Jahn-Teller-effect]]
-[[no:Jahn-Teller-effekt]]
-[[ru:Эффект Яна — Теллера]]