问答题 第一系列二价过渡金属离子的晶体半径如下表所示。写出它们在八面体弱场中的d电子排布,并解释离子半径变化的规律。
【正确答案】
离子
Ca2+
Ti2+
V2+
Cr2+
Mn2+
Fe2+
Co2+
Ni2+
Cu2+
Zn2+
r/pm
99
80
73
80
90
85
80
76
80
83
dn
d0
d2
d3
d4
d5
d6
d7
d8
d9
d10
电子排布
t_{2g}^{0}e_{g}^{0}
t_{2g}^{2}e_{g}^{0}
t_{2g}^{3}e_{g}^{0}
t_{2g}^{3}e_{g}^{1}
t_{2g}^{3}e_{g}^{2}
t_{2g}^{4}e_{g}^{2}
t_{2g}^{5}e_{g}^{2}
t_{2g}^{6}e_{g}^{2}
t_{2g}^{6}e_{g}^{3}
t_{2g}^{6}e_{g}^{4}

   离子半径变化表现为“斜w曲线”,这种变化与CFSE的变化一致,即CFSE的变化规律是造成离子半径变化规律的原因。CFSE越大,中心金属离子与配体作用越强,配位原子与中心金属离子之间的距离越小,金属离子的半径越小。3个极大值位于t2geg轨道分别为全空、半满、全满的Ca2+,Mn2+,Zn2+处,其CFSE为零,因此半径大。两个低谷分别出现在t2g轨道电子相对于左侧为最大占据(分别为半满和全满)、但是eg轨道电子相对于左侧离子却并没有增多的V2+和Ni2+处,其CFSE比紧邻的离子大,因此半径小。
【答案解析】