ヤーンテラー効果について

質問

ヤーンテラー効果について勉強したのですがよく分かりません。もし分かりやすく説明してくれる方がいればよろしくお願いします。

回答No.1

ume_pyon · ベストアンサー

Jahn-Teller効果ですか．むずかしいですよね～．ということで，「わかりやすく，イメージをつかむ」というのをモットーに（!?），ここではJahn-Teller効果の一例である「正方晶ひずみ」のお話をします．

正方晶ひずみをチョー簡単に言ってしまえば，
「Cu錯体がなぜ正方形配位型なのか」
を説明したものなのです．

じゃあ，なんでそうなるのっ？（古っ！）って思いますよね．そこで，結晶場理論をもとにこれを説明します．

そもそも，d錯体って，八面体配位であるか，四面体配位ですよね（ただ，四面体配位は例が少ないので省略します）．例えば，Fe錯体なんかはたいてい八面体配位（配位子が６個）って教わりましたね．しかし，Cu錯体やPt錯体などはなぜか正方形の配位をとります．本来であれば，八面体配位をとったほうがよさそうな感じがしますよね．だって，FeとCuって電子が3つしか違わないから．

ここで，Jahn-Teller効果にもとづく正方晶ひずみという効果が生じてきます．これって何かというと，z軸方向の配位距離（金属と配位子との距離）が伸び，xy方向の配位距離が縮まるのです．つまり，八面体を横からグシャッとつぶして縦にビヨーンと引っ張った感じになります．

このような傾向は，d軌道の電子が多いほど起こりやすくなります．
こうやって，もしもz軸方向の配位距離が無限に伸びてしまったら？そう，z軸方向の配位子はどっかに飛んでいってしまい，結果として正方形状に並んだ4つの配位子だけが残ります．

つまり，「Cu錯体が正方形配位であるのは，八面体がひずんでz軸方向の配位子がなくなったからである」といえましょう．

しかし，「なんでd軌道の電子が増えるとz軸方向に伸びるの？」と思われますよね．これは電子軌道理論で説明できます．
八面体のときは，d軌道は3:2に分裂してますよね．低エネルギーで縮退している3軌道はdxy,dyz,dzxで，高エネルギーのそれはd(xx-yy)，dzzです．さて，d軌道の電子が増えると，実は二重および三重に縮退していた軌道が分裂して，2:1:1:1とこま切れになってしまいます．具体的には，z因子を含む軌道（dyz,dzx,dzz）の3つのエネルギーが低下します．（なんでそうなるのかについてはムズカシイので省略させてください）

う～ん，なにやらムズカシイお話になってしまいましたね．
でも，「d軌道の縮退が変化する＝配位の形も変化する」ということはなんとなく予想できますよね．これを理論的に説明したのがJahn-Teller効果です．

こんな稚拙な説明でわかっていただけたでしょうか．
もし，「この文章のここがよくわからない」などがありましたら，補足をお願いいたします．また，これ以上の内容についてはShriver（シュライバー）著『無機化学』p．354あたりに書いてあるので，そちらをご覧ください．

お礼

大体のイメージはつかめました。ありがとうございました。