Cosa sono i complessi ad alto spin e a basso spin?

Un complesso può essere classificato come ad alto spin o a basso spin. Quando si parla di tutte le geometrie molecolari, si confronta l'energia di divisione del campo cristallino (Δ) e l'energia di accoppiamento (P). Normalmente, queste due quantità determinano se un certo campo è a basso spin o ad alto spin.

Quando l'energia di scissione del campo cristallino è maggiore dell'energia di accoppiamento, gli elettroni riempiranno prima tutti gli orbitali di energia inferiore e solo allora si accoppieranno con gli elettroni in questi orbitali prima di passare agli orbitali di energia superiore. Gli elettroni tendono a cadere nello stato di energia più basso possibile, e poiché l'energia di accoppiamento è più bassa dell'energia di divisione del campo cristallino, è energeticamente più favorevole per gli elettroni accoppiarsi e riempire completamente gli orbitali di bassa energia fino a quando non c'è più spazio, e solo allora iniziare a riempire gli orbitali di alta energia. D'altra parte, quando l'energia di accoppiamento è maggiore dell'energia del campo cristallino, gli elettroni occuperanno prima tutti gli orbitali e poi si accoppieranno, senza riguardo all'energia degli orbitali. Se ogni orbitale di un'energia inferiore avesse un elettrone, e gli orbitali dell'energia immediatamente superiore non ne avessero nessuno, un elettrone in questo caso occuperebbe l'orbitale di energia superiore. Questo segue la regola di Hund che dice che tutti gli orbitali devono essere occupati prima che inizi l'accoppiamento. Ricordate, questa situazione si verifica solo quando l'energia di accoppiamento è maggiore dell'energia del campo cristallino. Questi fenomeni si verificano a causa della tendenza dell'elettrone a cadere nel più basso stato energetico disponibile.

Un altro metodo per determinare lo spin di un complesso è quello di guardare la sua forza di campo e la lunghezza d'onda del colore che assorbe. Se il campo è forte, avrà pochi elettroni spaiati e quindi uno spin basso. Se il campo è debole, avrà più elettroni spaiati e quindi uno spin elevato. In termini di lunghezza d'onda, un campo che assorbe fotoni ad alta energia (in altre parole, luce a bassa lunghezza d'onda) ha basso spin e un campo che assorbe fotoni a bassa energia (luce ad alta lunghezza d'onda) ha alto spin.

Ancora una volta, se un complesso ha alto spin o basso spin dipende da due fattori principali: l'energia di divisione del campo cristallino e l'energia di accoppiamento. Gli elettroni prenderanno il percorso di minor resistenza - il percorso che richiede la minor quantità di energia. Se l'energia di scissione è maggiore di Δ, allora gli elettroni si sposteranno in un orbitale di energia superiore perché richiede meno energia. Se l'energia di accoppiamento è inferiore a Δ, allora gli elettroni si accoppieranno piuttosto che spostarsi singolarmente verso un orbitale di energia superiore. Di seguito, vengono dati consigli ed esempi per aiutare a capire se una certa molecola è ad alto o basso spin.