Un intento de simplificar (para hacerlo un poco más comprensible para un estudiante de secundaria curioso) y explicar algunos de los tecnicismos utilizados en la respuesta de Xahoc. Esto no pretende ser una respuesta independiente y no debe considerarse como tal; por favor, lea el resto de las respuestas para una explicación detallada.
Todos los compuestos de coordinación tienen una energía de estabilización neta llamada energía de estabilización de campo cristalino (CFSE), debido a un efecto de campo cristalino con respecto a un campo de ligandos esférico simétrico (piense en los ligandos acercándose al átomo central del metal (ACM) de manera equitativa desde todas direcciones, como una esfera); la CFSE siempre tiene un valor negativo o positivo y uno de sus usos fundamentales es la predicción de la estabilidad de un complejo (cuanto mayor sea la magnitud de la CFSE, mayor será la estabilidad). Utilizo una fórmula simple para calcular la CFSE:
$$ \pu{CFSE= -0.4\Delta_\circ (n_{t_2g}) + 0.6\Delta_\circ (n_{eg}) + n'P}$$
La fórmula no es de gran importancia aquí, aunque el término $\Delta_\circ$ sí lo es. ¿Qué es eso? Me alegra que preguntes. Antes de profundizar, algo sobre la teoría del campo cristalino:
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Se asume que el ACM está en el origen y los seis ligandos se acercan al ACM desde las direcciones $+x, -x, +y, -y, +z, -z$. Ahora los ligandos se acercan a lo largo del eje, y los orbitales $d_{x^2-y^2}$ y $d_{z^2}$ tienen sus lóbulos a lo largo del eje, así que:
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Los tres orbitales restantes (llamados $d_{xy}, d_{yz}, d_{zx}$) son apodados $t_2g$ y están en un nivel de energía más bajo.
Esta separación de los orbitales en dos grupos se llama división del campo cristalino. La diferencia de energía entre esos dos grupos de orbitales es precisamente lo que mide nuestro $\Delta_\circ$. Bueno, he estado hablando de complejos octaédricos todo el tiempo, $\Delta_\circ$ tiene un hermano malvado $\Delta_t$ que va para complejos tetraédricos. Así que ahora sabemos: $\Delta_\circ$ es la energía de división del campo cristalino. ¿Dijiste energía? Creo que he estudiado esta fórmula en algún lugar:
Energía = $\displaystyle \frac{hc}{\lambda}$
Se ve bien, vamos a aplicarlo:
$\Delta_\circ = \displaystyle \frac{hc}{\lambda_{absorbida}}$
¡Espera! ¿Qué pasa con eso de 'absorbida'? No mucho, pero parece que los complejos parecen conocer algo de magia de unicornios. Así que lo que hacen es: absorben (una longitud de onda correspondiente) un color particular y emiten una longitud de onda que corresponde a otro color. No te preocupes, algunos almas nobles han descifrado eso, siguen esto:
Absorben naranja, emiten índigo; absorben azul, emiten rojo, etc... El verde, sin embargo, es un caso misterioso. Además, ten en cuenta que:
Si $\Delta_\circ$ es menor, $\lambda_{absorbida}$ es mayor y $\lambda_{observada}$ y viceversa. Listo para continuar. Cuando Xahoc dice,
reduces la energía de división en el campo octaédrico $\Delta_\circ$ lo que desplaza hacia el rojo la absorción del compuesto.
Quieren decir que se ha absorbido una longitud de onda de luz más alta (en un tono azulado), los colores rojizos tienen una longitud de onda más alta).
¿Por qué disminuye $\Delta_\circ$?
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Entender esto puede ser bastante complicado a menos que esté familiarizado con el método de superposición angular. Sin embargo, hagamos el intento.
¿Qué es el método de superposición angular?
Este es un método para estimar las magnitudes relativas de las energías de los orbitales moleculares dentro de complejos de coordinación. Toma explícitamente en cuenta los orbitales responsables de la unión de los ligandos, así como la orientación relativa de los orbitales frontera.
La química computacional moderna permite hacer cálculos para predecir geometrías, formas y energías orbitales moleculares, y otras propiedades de complejos de coordinación. Los cálculos de orbitales moleculares se basan típicamente en la aproximación de Born-Oppenheimer, que considera que los núcleos están en posiciones fijas en comparación con los electrones que se mueven rápidamente.
Estoy omitiendo la descripción de los orbitales $s$, $p$ y $d$ por simplificación. Además, echa un vistazo a este diagrama orbital. (haz clic en la imagen para verla en tamaño más grande)
Los hermosos colores de muchos complejos de metales de transición se deben en parte a la diferencia de energía entre los orbitales $t_2g$ y $\textit{e*g}$ en estos complejos, que a menudo es igual a la energía de fotones de luz visible.
Como ejemplo, si los niveles de energía de $\textit{e*g}$ disminuyen, $\Delta_\circ$ disminuye. Algo similar se juega en nuestro caso, aunque esta vez los diagramas moleculares son diferentes y $\Delta_\circ$ corresponde a un conjunto diferente de orbitales, si todavía tienes curiosidad, te recomiendo encarecidamente que leas sobre esta teoría, más simplificaciones como estas están más allá del alcance de esta respuesta.
