原子のサイズと電子配置は、化合物の磁気特性に影響を与える要因です。磁性は電子スピンに基づいているため、化合物内の不対電子の数によってその磁性が決まります。このセクションでは、遷移金属 (または d ブロック元素) の磁性を調べます。不対電子が多いのが特徴です。
遷移金属
遷移金属は、興味深い特性の 1 つである磁石を形成できます。それらが不対電子を含む場合、それらは磁性です。この磁性は、最後の電子がd軌道に存在するため、対になっていないd電子を持つことによって引き起こされます。量子数は、単一の電子のスピンを示します。
電子が別の電子と対になっている場合、このスピンは打ち消されますが、対になっていない場合、このスピンは弱い磁場を生成します。不対電子の数は、常磁性効果を増加させます。配位子中の電子と化合物中の電子が反発すると、遷移金属（dブロック）の電子配置が変化します。
化合物は、配位子の強さに応じて、常磁性または反磁性になる場合があります。
バルク磁気:強磁性
材料 (鉄など) が強磁性を示すと、永久磁石が形成されます。磁場にさらされたときだけ磁気特性を示すのではなく、このタイプの化合物は永久磁気特性を示します。電子は強磁性体のドメインにグループ化され、各ドメインは同じ電荷を持ちます。
磁場によってこれらのドメインが整列し、化合物全体ですべての電荷が平行になります。化合物中の不対電子の数と原子の大きさによって、強磁性かどうかが決まります。
ニッケル、コバルト、鉄が強磁性または永久磁性を示すことは、日常生活の中で一般的です。強磁性は、紀元前 625 年のアリストテレス、1187 年のコンパス、そして今日の冷蔵庫によって知られ、応用されました。アインシュタインの特殊相対性理論は、電気と磁気の間の切っても切れない関係を主張しています。
分子とイオンには磁気モーメントがあります
高スピン複合体と低スピン複合体の理論は、磁気測定の実験的証拠によってサポートされています。 O2 などの不対電子分子は、常磁性分子のように振る舞うことを覚えておく必要があります。磁場は常磁性物質に引き寄せられます。遷移金属錯体の不対電子により、それらは常磁性になります。磁場が反磁性物質を反発するわずかな傾向があります。
原子またはイオンの不対電子のスピンによる磁気モーメントにより、原子またはイオン全体が常磁性になります。不対電子を含むシステムには、不対電子の数に直接関係するサイズの磁気モーメントがあります。大きな磁気モーメントは、過剰な不対電子によって引き起こされます。システム内の不対電子の数を計算するには、磁気モーメントが観測されます。
フントの法則では、ペアになる前に、電子は平行なスピンを維持しながらすべての軌道を単一の電子で満たす必要があると述べています (ペアになった電子は反対方向に回転します)。結合する前に、5 つの縮退軌道を持つ複雑でない金属原子は、5 つの軌道すべてを満たす電子と対になります。ただし、配位子が追加されると、プロセスはより複雑になります。
より高いエネルギーの軌道では、分裂エネルギーのために、単一の電子が d 軌道に配置されるためにより多くのエネルギーが必要になります。
低エネルギー軌道の半分を電子で満たすと (軌道ごとに 1 つの電子)、電子を高エネルギー軌道に配置したり、低エネルギー軌道の電子とペアにすることができます。
どちらを選択するかは、リガンドの強度によって決まります。分裂エネルギーがペアリングエネルギーよりも大きい場合、電子はペアになります。対形成エネルギーがより大きい場合、不対電子はより高いエネルギー軌道を占有します。
別の言い方をすれば、強い電場配位子を使用すると、低スピンの錯体が形成されます。弱電場配位子により、高スピン複合体が形成されます。
低スピン錯体は、分裂エネルギーが対形成エネルギーよりも大きいため、より多くの対電子を含みます。 [Fe(CN)6]3- を含むこれらの錯体は、多くの場合、反磁性特性を示すか、弱い常磁性を示します。
高スピン複合体の対形成エネルギーは分裂エネルギーよりも高いため、高スピン複合体は通常、低スピン複合体よりも多くの不対電子を含んでいます。それらはより多くの不対電子を持っているため、高スピンを持つ複合体はしばしば常磁性です。常磁性化合物は、強磁性体のドメインと同様に、不対電子によって生成される小さな磁場を持っています。
配位錯体に不対電子がある場合、その常磁性はより強くなります。より多くのスピンを持つ複合体は、より常磁性です。常磁性とその相対的な強さは、配位子の種類と、それが弱電場配位子か強電場配位子かに基づいて予測できます。
結論
遷移元素と、遷移元素とは見なされない亜鉛、カドミウム、水銀などの他の遷移金属の電気構成には違いがあります。ただし、d ブロック内の別の元素の特性には類似性があり、この類似性は周期表の各行の下に見られます。
