Serie spettrochimica

La serie spettrochimica elenca i ligandi e gli ioni metallici in ordine crescente di campo che sono in grado di creare (ovvero la separazione Δ del campo cristallino o del campo dei ligandi) quando danno origine ai complessi. Fu determinata originariamente dal chimico giapponese R. Tsuchida nel 1938.^[1]

La serie spettrochimica dei ligandi, riferita a quelli più comuni, è la seguente:

I⁻ < Br⁻ < S²⁻ < SCN⁻ < Cl⁻ < N₃⁻ < F⁻ < NCO⁻ < (NH₂)₂C=O < OH⁻ < C₂O₄²⁻ < O^2- < H₂O < NCS⁻ < NC⁻ < py < NH₃ < en < bipy < phen < NO₂⁻ < CNO⁻ < CN⁻ < CO

Tra i principali fattori che influenzano tale serie vi sono la differenza di energia tra gli orbitali del metallo e del ligando implicati nel legame oltre alla sovrapposizione degli stessi. In linea generale, si osserva che le basi π tendono a provocare una minore separazione, i ligandi che non presentano alcun effetto π (come l'ammoniaca) sono situati nella zona centrale della serie mentre gli acidi π sono quelli che creano un campo più forte. Non mancano comunque le eccezioni: ad esempio il cianuro crea un campo maggiore di quanto sia prevedibile in base alla sua limitata acidità π.

La tendenza dei metalli a creare un campo maggiormente forte aumenta all'aumentare del loro numero di ossidazione e discendendo lungo un gruppo della tavola periodica. Una serie spettrochimica parziale dei metalli è la seguente:

Mn²⁺ < Ni²⁺ < Co²⁺ < Fe²⁺ < V²⁺ < Fe³⁺ < Cr³⁺ < V³⁺ < Co³⁺ < Mn⁴⁺ < Mo³⁺ < Rh³⁺ < Ru ³⁺ < Pd⁴⁺ < Ir³⁺ < Re⁴⁺ < Pt⁴⁺

Aumentando il numero quantico principale (ovvero discendendo lungo un gruppo) il legame σ, rispetto agli orbitali metallici 3d poco espansi, tende a rafforzarsi.

Confrontando la posizione dei ligandi e dei metalli nelle loro rispettive serie spettrochimiche è possibile prevedere la formazione di un complesso a campo forte piuttosto che di uno a campo debole: se entrambi si trovano posizionati verso destra si avranno ottime probabilità di ottenere un complesso a campo forte, viceversa potremmo aspettarci la formazione di un complesso a campo debole. Se il metallo e il ligando sono invece situati nella regione intermedia la previsione risulta più articolata e meno immediata.

• D.F. Shriver, P.W. Atkins, Inorganic Chemistry (terza ed.), Oxford University Press, 2001. pp. 227-236

• Teoria del campo cristallino
• Teoria del campo dei ligandi