결정장안정화에너지

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소개
현재 수강하고 있는 “무기재료응용화학”은 후에는 소재를 설계할 줄 알아야합니다. 그렇기에 결정장 안정화에너지를 통해 로우스핀, 하이스핀에 대해 알아보면서 자기적 특성을 지닌 소재를 설계할 수 있는 기반을 만들기 위해 필요한 결정장이론에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

결정장 안정화 에너지
우선, 결정장 이론이란 금속과 리간드 사이의 결합을 이온의 측면에서 설명하는 이론으로, 중심에 금속 이온이 있고 그 주위에 리간드가 점전하로 존재한다고 가정합니다.
우선, 결정장 이론을 이해하기 위해서는 5종류의 d 오비탈에 대해 알아야 합니다.
위처럼 d 오비탈은 모양에 따라 dz2, dx2-y2, dxy, dxz, dyz로 나뉩니다. 또한 5개의 d오비탈은 에너지 준위가 상대적으로 높은 오비탈 2개와 상대적으로 낮은 오비탈 3개로 나뉩니다.
이 중 에너지가 높은 2개의 오비탈은 eg라고 부르며, e는 'equally degenerated'(두 개의 에너지가 서로 동일함)을 의미하고, g는 'gerade'('짝수'를 뜻하는 독일어이며, 오비탈에 쓰일때는 중심에 대해 파동함수(부호포함)가 대칭적임을 의미합니다.

d오비탈은 왜 e와 t 그룹으로 나뉠까
사진을 보면 이렇게 d 오비탈이 나뉘는 것을 볼 수 있습니다.
그럼 왜 d오비탈은 2개의 그룹으로 나뉘는 걸까? 라는 의문이 생길 수 있습니다. 이러한 이유는 d오비탈의 3차원 구조 때문입니다. 아까의 5가지 d 오비탈 모양을 다시 떠올려 보면, 이 중 dz2 오비탈과 dx2-y2 오비탈의 경우 에너지가 더 큰 것을 알 수 있습니다. 위 두 경우는 리간드와 오비탈 사이의 거리가 특히 작기 때문에 일어납니다. 나머지 세 경우는 리간드가 위치하는 방향이 오비탈과 비껴나가는 것을 볼 수 있습니다. 그래서 상대적으로 위 세 경우는 에너지가 작은 것을 알 수 있습니다.

참고자료

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