IKATAN KIMIA (Sistem dengan lebih dari satu electron pada orbital d memiliki medan Kristal kuat dan lemah)

A.    Sistem dengan lebih dari satu electron pada orbital d memiliki medan Kristal kuat dan lemah

Pada umumnya, D(selisih energi total diantara tingkat yang lebih tinggi dengan tingkatan yang lebih rendah)  sangat besar maka medan kristal kuat, elektron cenderung berpasangan pada tingkat yang lebih rendah walaupun ada energi tolakan, membentuk konfigurasi spin-rendah. Jika medan Kristal sangat lemah maka D kecil, menyebabkan electron d mempertahankan konfigurasi spin maksimumnya, keadaa ini disebut spin-tinggi, dan karena itu mengorbankan energi pemampatan medan kristal (EMPK).

Persebaran medan kuat dan lemah untuk semua konfigurasi dⁿ diperlihatkan gambar 1 dibawah ini:

Gambar 1

Perhatikan bahwa untuk medan kuat, elektron selalu berpasangan dalam tingkat yang lebih rendah dulu, mengisinya sebelum memasuki tingkat yang lebih tinggi. Untuk medan lemah, setiap orbital yang energinya tinggi maupun rendah, menerima satu elektron sebelum melalui berpasangan. Konfigurasi medan-lemah selalu memiliki skema pasangan seperti ion bebas.

Sebagai contoh sebuah ion dengan dua elektron d dalam tapak simetri octahedral. Sekarang kita ketahui apa yang akan terjadi pada elektron d pertama. Elektron kedua akan bergabung saja dengan yang pertama dalam tingkat energy yang rendah seperti ditunjukkan pada gambar 1, yaitu mengisi orbital terpisah sesuai dengan aturan Hund. System ini akan memperoleh EMPK total 2(2/5 Δ), atau 4/5 Δ. Karena konfigurasi spin sama dengan pada ion terkucil, maka tidak akan ada efek energi yang nyata karena perubahan dalam antraksi elektron d. Elektron d ketiga akan berkelakuan sama dan meningkatkan energy pemampatan medan Kristal sebanyak 2/5 Δ lagi.

Tetapi, elektron d keempat menghadapi pilihan yang sulit: elektron ini dapat turun ke tingkat energy yang lebih rendah dan berpasangan dengan satu elektron (tolakan) yang sudah ada disana, atau mungkin ke tingkat energy yang lebih tinggi yang kurang mantap dan tetap tidak berpasangan. Jika elektron turun ke bawah, kemantapan sistem meningkat sebanyak 2/5 Δ dikurangi energy antraksi atau kerja W yang harus diberikan jika elektron berpasangan. Jika elektron pergi ketingkat yang lebih tinggi, maka konfigurasi spin ion terkucil yang sangat mantap akan dipertahankan (tidak ada yang hilang akibat antraksi) nisbi terhadap kerja untuk berpasangan.

B.     Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Medan Kristal

Kekuatan medan kristal atau harga 10 Dq dipengaruhi oleh banyak faktor. Empat faktor dintaranya adalah muatan ion pusat, jumlah ligan dan geometri kompleks, jenis ligan dan jenis ion pusat.

a.      Muatan Ion Pusat

Bertambah muatan ion pusat akan menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat sehingga interaksi antara ligan-ligan dengan orbital-orbital d ion pusat bertambah kuat akibatnya pemisahan orbital d makin besar dan medan kristal yang timbul makin kuat. Secara teoritik penambahan muatan ion pusat dari 2+ ke 3+ akan meningkatkan harga 10 Dq sekitar 50 %. Sebagai contoh adalah [Fe(H₂O)₆]²⁺ memiliki 10 Dq sebesar 10000 cm^–1 sedangkan ion [Fe(H₂O)₆]³⁺ memiliki 10 Dq sebesar 14000 cm^-1. 

b.      Jumlah dan Geometri dari Ligan

            Semakin banyak jumlah ligan yang terikat pada ion pusat medan yang timbul makin kuat dan harga 10 Dq makin besar. Kekuatan medan oktahedral lebih dari 2 kali lipat kekuatan medan tetrahedral untuk ion pusat dan jenis ligan yang sama. Sebagai contoh ion [Ti(H₂O)₄]³⁺ memiliki 10 Dq sebesar 9000 cm ^–1 sedangkan ion [Ti(H₂O)₆]³⁺ memiliki 10 Dq sebesar 20300 cm ^–1. secara umum dianggap bahwa:

Dalam hal ini ada dua faktor yang mempengaruhi harga 10 Dq. Pada kedua kompleks tersebut yaitu:

a). Interaksi anatara ligan-ligan dengan orbital-orbital d dari ion pusat pada medan oktahedral lebih kuat dibandingkan pada medan tetrahedral.

b). Bertambahnya jumlah ligan akan memperbesar kekuatan interaksi dan pemisahan orbital-orbital d.

c.       Jenis Ligan

Ligan yang berbeda akan mengahsilkan kekuatan medan yang berbeda pula. Sebagai contoh adalah harga 10Dq untuk [CrCl₆]^3-, [Cr(NH₃)₆]³⁺ dan [Cr(CN)₆]^3- secara berturut-turut adalah 163 kJ. Mol^-1 , 259 kJ.mol^-1 dan 314 kJ.mol^-1. urutan kekuatan beberapa ligan ditunjukan dalam deret spektrokimia(spectrochemical series) sebagai berikut: I^- < Br^- < S^2- < SCN^- < Cl^- < NO₃^- < F^- < OH^- < ox^2- < H₂O < NCS^- < CH₃CN^- < NH₃ < py < en < dipy < phen < NO₂^- < fosfina < CN^- < CO. Deret tersebut disebut juga deret Fajans-Tsuchida.

d.      Jenis Ion Pusat

Dalam satu golongan untuk ion-ion dengan muatan yang sama kekuatan medan yang timbul akibat interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan yang sama bertambah dengan bertambahnya periode. Hal ini disebabkan karena pada satu golongan dari atas ke bawah terjadi kenaikan muatan inti efaktif dengan bertambahnya periode. Kenaikan ini disebabkan karena efek saringan (shielding) orbital 5d < 4d < 3d. Kenaikan muatan inti efektif menyebabkan ligan-ligan tertarik lebih dekat ke ion pusat. Interaksi antara ligan-ligan dengan elektron-elektron pada orbital d ion pusat semakin kuat, pemisahan orbital d semakin besar demikian pula dengan harga 10Dq yang ada. Sebagai contoh harga 10Dq untuk ion-ion [Co(NH₃)₆]³⁺, [Rh(NH₃)₆]³⁺ dan [Ir(NH₃)₆]³⁺ secara berturut-turut adalah 296 kJ.mol^-1 dan 490 kJ.mol^-1