Efecto Jahn-Teller
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El efecto Jahn-Teller, en magnetoquímica, se da en sistemas (generalmente compuestos de coordinación de metales de transición) en los que hay varios niveles de energía degenerados y no igualmente ocupados. En estos casos, el teorema de Jahn-Teller predice que el sistema experimentará una distorsión, de forma que algunos de estos niveles se estabilizarán y otros se desestabilizarán. Al no estar todos los niveles igualmente ocupados, los desestabilizados serán los más vacíos, y el sistema tendrá una ganancia neta de energía. El teorema no predice cuán intenso será el efecto en cada caso particular.
Este efecto electrónico fue propuesto por Hermann Arthur Jahn y Edward Teller, que demostraron, usando la teoría de grupos, que las moléculas no lineales con estados electrónicos degenerados no podían ser estables.[1]
Este efecto es importante, por ejemplo, en el caso de las sales y los complejos octaédricos de cobre(II). Este catión tiene una población electrónica d9, y, por tanto, un estado fundamental de simetría t2g (un orbital con dos electrones y otro con uno). La distorsión de la simetría octaédrica para dar un octaedro elongado axialmente, por ejemplo, estabiliza el orbitaldx2-y2, que queda ocupado por dos electrones y desestabiliza el dz2, que queda ocupado por un electrón. La distorsión que se da más a menudo es la elongación de los enlaces metal-ligando que se encuentran en el eje z, aunque también se pueden acortar estos enlaces; ya que el teorema Jahn-Teller prevé la existencia de una geometría inestable, pero no predice la dirección en la que se efectúa.
La elongación se produce para rebajar la repulsión electrostática entre el par de electrones del ligando y los electrones que se encuentran en los orbitales del metal que tengan una componente z.
En complejos octaédricos, el efecto Jahn-Teller es más pronunciado cuando un número impar de electrones ocupa los orbitales eg como en: d9, d7 de espín bajo o el d4de espín alto. Esto se debe a que los orbitales eg se encuentran en la misma dirección que los ligandos, así pues la distorsión representa una gran estabilización energética. El efecto es mucho menor cuando los electrones degenerados se encuentran en los orbitales t2g, porque estos no están en la misma dirección que los ligandos, por lo tanto las repulsiones son menores. En complejos tetraédricos, la distorsión es la misma que en el último caso, donde la distorsión también es menor, ya que los ligandos tampoco están señalando directamente a los orbitales.
Los efectos esperados para complejos octaédricos se encuentran en la siguiente tabla:
| Número de electrones d | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| espín alto | d | d | f | d | d | f | ||||
| espín bajo | - | - | d | d | f | - |
d: efecto Jahn-Teller débil (t2g orbitales semillenos)
f: efecto Jahn-Teller fuerte (eg orbitales semillenos)
blanco: no se espera efecto Jahn-Teller
-: no existe esta situación de espín para esta configuración electrónica
Véase también
Referencias
- ↑ H. Jahn y E. Teller (1937). «Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy». Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences (1934-1990) 161 (905): 220-235. doi:10.1098/rspa.1937.0142.