La serie spettrochimica ordina i leganti in base alla capacità di aumentare lo splitting degli orbitali d nei complessi dei metalli di transizione. È un ordinamento empirico, nato dall’osservazione di spettri elettronici, colori e proprietà magnetiche dei complessi.
Una forma indicativa è:
I leganti a sinistra sono di campo debole e producono piccoli valori di splitting; quelli a destra sono di campo forte e producono splitting più grandi. Nei complessi ottaedrici si indica spesso questa separazione con \Delta_o.
Spin alto e spin basso
La serie è utile per prevedere se un complesso può essere alto-spin o basso-spin. Se \Delta_o è piccolo rispetto all’energia di accoppiamento elettronico, gli elettroni occupano orbitali diversi prima di accoppiarsi: il complesso tende a essere alto-spin. Se \Delta_o è grande, conviene accoppiare elettroni negli orbitali più bassi: il complesso tende a essere basso-spin.
Per esempio, un complesso ottaedrico d^6 può avere configurazioni molto diverse a seconda del legante. Con leganti di campo debole può risultare paramagnetico; con leganti di campo forte può diventare diamagnetico.
Origine chimica dell’ordine
La posizione dei leganti dipende da più effetti:
- donazione \sigma verso il metallo;
- interazioni \pi donatrici, che tendono a ridurre lo splitting;
- interazioni \pi accettrici, che possono aumentarlo;
- stato di ossidazione, periodo e geometria del metallo.
Leganti come CN^- e CO sono forti perché hanno componenti di retro-donazione \pi efficaci. Leganti alogenuri sono in genere più deboli perché possono comportarsi da donatori \pi, riducendo la separazione energetica tra orbitali.
Colore e magnetismo
Lo splitting degli orbitali d determina l’energia delle transizioni d-d e quindi contribuisce al colore dei complessi. Se una transizione assorbe luce in una certa regione dello spettro visibile, il complesso appare del colore complementare. La stessa separazione energetica influenza il numero di elettroni spaiati e quindi il momento magnetico.
La serie spettrochimica, però, non è una formula esatta. Due leganti vicini nella serie possono scambiarsi ordine al variare del metallo, della geometria, dello stato di ossidazione e dell’ambiente chimico.
Un errore comune è usarla come scala universale indipendente dal complesso. È più corretto trattarla come una guida qualitativa da combinare con campo cristallino, campo dei leganti e dati sperimentali.
Vedi anche: Campo cristallino, Campo dei leganti, Magnetismo dei complessi, Colore dei complessi.