Kas yra kristalų lauko teorija?

Kristalų lauko teorija aprašo elektrinį aktyvumą tarp pereinamojo metalo junginio atomų. Sutelkdama dėmesį į elektrinį aktyvumą tarp šių junginių atomų, ši teorija padeda paaiškinti pereinamojo metalo junginio energetines savybes, įskaitant jo spalvą, struktūrą ir magnetinį lauką. Nors šių junginių atomai yra sujungti vienas su kitu, kristalų lauko teorija negali būti naudojama šiems ryšiams apibūdinti. Ši teorija pati savaime buvo neišsami, ji buvo sujungta su ligandų lauko teorija, siekiant įtraukti supratimą apie ryšį tarp atomų.

1930-aisiais kristalų lauko teoriją sukūrė fizikai Johnas Hasbrouckas van Vleckas ir Hansas Bleke’as. Šie mokslininkai sukūrė savo teoriją kartu su ligandų lauko teorija, nors ir atskirai nuo jos. Netrukus po šių dviejų teorijų sukūrimo kiti mokslininkai sujungė šių dviejų teorijų principus, kurie dabar abu tiriami pagal šiuolaikinę ligandų lauko teoriją. Šių dviejų teorijų derinys sukūrė lygčių sistemą, kuri galėjo geriau apibūdinti tam tikrų tipų junginių energijos laukus ir molekulinius ryšius.

Pereinamųjų metalų junginius galima iš dalies apibūdinti naudojant kristalų lauko teoriją. Šie junginiai yra sudaryti iš tam tikro metalo atomų, kuriuos supa nemetalų atomai, šiame kontekste vadinami ligandais. Šių skirtingų atomų elektronai sąveikauja tokiais būdais, kuriuos galima apibūdinti naudojant kristalų lauko teoriją. Ryšiai, atsirandantys dėl šių elektronų sąveikos, taip pat aprašyti naudojant ligandų lauko teoriją.

Kristalų lauko teorijos terminas yra kilęs iš elektrinio lauko, kurį sukuria ligandų grupė. Šie atomai sukuria stabilų energijos lauką, kuriame įstringa pereinamasis metalas. Šie laukai gali būti įvairių geometrinių formų. Daugelis pereinamųjų metalų junginių turi laukus, kurie yra kubelių formos, nes tokie laukai yra ypač stabilūs ir gali atsispirti atomų, kurių nėra sistemoje, poveikiui, todėl pereinamasis metalo junginys išlieka stabilesnis.

Vienas dalykas, kurį kristalų lauko teorija ypač gerai apibūdina, yra pereinamojo metalo junginio spalva. Kaip gana stabili struktūra, tam tikro tipo junginio elektronai juda link savo branduolių arba nuo jų ribotame diapazone. Šis diapazonas lemia medžiagos spalvą, nes ji sugeria tam tikrus šviesos bangos ilgius, atitinkančius atstumą, kurį elektronas juda sužadintas. Sugeriami bangos ilgiai šiame junginyje nematomi. Vietoj to, priešinga spalva, kaip matyti spalvų rate, atsispindi atgal, suteikdama medžiagai matomą spalvą.