La transició d'espín és un exemple de transició entre dos estats electrònics en química molecular, que tenen nivells d'energia gairebé idèntics. La capacitat d'un electró per transitar d'un estat electrònic estable a un altre estable (o metaestable) de manera reversible i detectable fa que aquests sistemes moleculars siguin atractius en el camp de l'electrònica molecular.
En entorns octaèdrics Quan un ió metàl·lic de transició de configuració , a , es troba en un entorn octaèdric, el seu estat fonamental pot ser de baix espín (LS) o d'alt espín (HS), depenent en una primera aproximació de la magnitud del bretxa energètica entre i orbitals metàl·lics en relació amb l'energia mitjana d'aparellament d'espín (vegeu la teoria del camp cristal·lí). Més precisament, per a , l'estat fonamental sorgeix de la configuració on els electrons ocupen primer el orbitals de menor energia, i si hi ha més de sis electrons, el orbitals de major energia. L'estat fonamental és llavors LS. D'altra banda, per a , es compleix la regla de Hund. L'estat fonamental HS té la mateixa multiplicitat que l'ió metàl·lic lliure. Si els valors de i són comparables, es pot produir una transició LS↔HS.
Configurations Entre tots els possibles configuracions de l'ió metàl·lic, i són, amb diferència, els més importants. De fet, el fenomen de transició d'espín es va observar per primera vegada el 1930 per a compostos de tris(ditiocarbamato) ferro(III). D'altra banda, els complexos de transició d'espín de ferro(II) van ser els més estudiats: d'entre aquests dos es poden considerar arquetips de sistemes de transició d'espín, concretament Fe(NCS)2 (bipy)2 i Fe(NCS)2 (fen)2 (bipy = 2,2'-bipiridina i fen = 1,10-fenantrolina).
Complexos de ferro(II) Discutim el mecanisme de la transició d'espín centrant-nos en el cas específic dels complexos de ferro(II). A escala molecular, la transició d'espín correspon a una transferència interiònica d'electrons amb inversió d'espín dels electrons transferits. Per a un compost de ferro(II), aquesta transferència implica dos electrons i les variacions d'espín són L'ocupació de la els orbitals és més alt en l'estat HS que en l'estat LS i aquests orbitals són més antienllaçants que els D'això es dedueix que la longitud mitjana de l'enllaç metall-lligand és més llarga en l'estat HS que en l'estat LS. Aquesta diferència es troba en el rang d'1,4–2,4 pm per als compostos de ferro(II).
Per induir una transició de spin La manera més comuna d'induir una transició d'espín és canviar la temperatura del sistema: la transició es caracteritzarà llavors per un , on és la fracció molar de molècules en estat d'espín alt. Actualment s'utilitzen diverses tècniques per obtenir aquestes corbes. El mètode més senzill consisteix a mesurar la dependència de la temperatura de la susceptibilitat molar. Qualsevol altra tècnica que proporcioni respostes diferents segons si l'estat és LS o HS també es pot utilitzar per determinar Entre aquestes tècniques, l'espectroscòpia de Mössbauer ha estat particularment útil en el cas dels compostos de ferro, mostrant dos doblets quadrupolars ben resolts. Un d'aquests està associat amb molècules de LS, l'altre amb molècules de HS: la fracció molar d'espín alt es pot deduir a partir de les intensitats relatives dels doblets.
Tipus de transició S'han observat diversos tipus de transició. Aquesta pot ser brusca, que es produeix dins d'uns pocs kelvins, o suau, que es produeix dins d'un ampli rang de temperatura. També podria ser incompleta tant a baixa temperatura com a alta temperatura, fins i tot si aquesta última s'observa més sovint. A més, la Les corbes poden ser estrictament idèntiques en els modes de refrigeració o calefacció, o presentar una histèresi: en aquest cas el sistema podria assumir dos estats electrònics diferents en un cert rang de temperatura. Finalment, la transició pot ocórrer en dos passos.
Referències
Categoria:Química Categoria:Mecànica quàntica