Tanabe-Sugano-Diagramm

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Tanabe-Sugano-Diagramm für die d2-Konfiguration im oktaedrischen Feld

Beim Tanabe-Sugano-Diagramm – benannt nach Yukito Tanabe und Satoru Sugano – handelt es sich um ein Diagramm, in dem für alle elektronischen Zustände eines oktaedrischen Systems die Energiedifferenz E zum (typischerweise) niedrigsten Zustand gegen die Kristallfeldaufspaltungsenergie aufgetragen werden, beide Größen normiert auf den Racah-Parameter B. Im Gegensatz zum Orgel-Diagramm lassen sich mit dem Tanabe-Sugano-Diagramm quantitative Aussagen treffen.

Die Zahl der Kurven, die von einer vertikalen Line eines gegebenen geschnitten werden, ergibt die Zahl möglicher Übergänge und damit die Zahl erwarteter Absorption­charakteristika. Das Tanabe-Sugano-Diagramm ist damit ein Korrelation­sdiagramm, welches die Deutung von Absorptionsspektren chemischer Verbindungen ermöglicht.

Es ist folgende Feinstrukturaufspaltung zu beobachten:[1]

Term Aufspaltung im okt. Feld
S A1g
P T1g
D Eg, T2g
F A2g, T2g, T1g
G A1g, Eg, T2g, T1g
H Eg, T1g, T1g, T2g
I A1g, A2g, Eg, T1g, T2g, T2g

Tanabe-Sugano Diagramme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die sieben Tanabe-Sugano Diagramme für oktaedrische Komplexe:

d2 Tanabe-Sugano diagram
d2 Elektronenkonfiguration
d3 Tanabe-Sugano diagram
d3 Elektronenkonfiguration
d4 Tanabe-Sugano diagram
d4 Elektronenkonfiguration
d5 Tanabe-Sugano diagram
d5 Elektronenkonfiguration
d6 Tanabe-Sugano diagram
d6 Elektronenkonfiguration
d7 Tanabe-Sugano diagram
d7 Elektronenkonfiguration
d8 Tanabe-Sugano diagram
d8 Elektronenkonfiguration

Die Diagramme für die d1-, d9- und d10- Elektronenkonfiguration werden nicht gebraucht.

d1-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In einem d1-System gibt es keine Elektronenabstoßung, daher verbleibt das Elektron im Grundzustand des t2g Orbital. Das Termsymbol für dieses System ist 2D; 2D spaltet in den 2T2g und den 2Eg Zustand auf. Im UV-Vis Spektrum eines d1-Ions ist nur eine Absorptionsbande zu finden, nämlich die für den Übergang von 2T2g nach 2Eg.

d9-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das d9-System weist ebenso wie das d1-System einen 2D Term auf. Die Anregung erfolgt hier von der (t2g)6(eg)3 Konfiguration (2Eg Zustand) zu der (t2g)5(eg)4 Konfiguration (2T2g Zustand).

d10-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In d10-Metallkomplexen gibt es keine d-d-Übergänge, daher sind auch keine UV-Vis Absorptionsbanden beobachtbar und ein Tanabe-Sugano Diagramm existiert nicht.

Tetraedrische Komplexgeometrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für tetraedrische Komplexe werden generell keine Tanabe-Sugano Diagramme erstellt, das liegt daran, dass ein Tanabe-Sugano Diagramm für einen dn Tetraeder ähnlich dem eines d(10-n) Oktaeders ist. Da die Ligandenfeldaufspaltung im tetraedrischen Komplex nur 4/9 der des Oktaeders ist finden sich, mit einigen Ausnahmen, nur high-spin-Komplexe und daher können die rechten low-spin Seiten im Tanabe-Sugano Diagramm für tetraedrische Komplexe vernachlässigt werden.

Benutzung der Diagramme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Die d-Elektronenkonfiguration des Ions muss bestimmt werden.
  2. Das, für die d-Elektronenkonfiguration, passende Tanabe-Sugano Diagramm muss gewählt werden.
  3. Das Maximum der Absorption muss in einem UV-Vis-Spektrum gefunden werden. Spin erlaubte Übergänge werden dabei intensiver sein, als die Spin verbotenen Übergänge.
  4. Die Absorptionsmaxima müssen in Wellenzahlen umgerechnet und die Verhältnisse der Wellenzahlen zur Niedrigsten müssen bestimmt werden.
  5. Jetzt kann das Diagramm von links nach rechts untersucht werden, bis die Übergänge im ausgerechneten Verhältnis zueinander vorliegen.
  6. Die E/B und /B Werte können nun abgelesen werden.

Beispiele zur quantitativen Asswertung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Absorptionsspektrum von [Mn(H2O)6]2+.

Hexaaquamangan(II) – [Mn(H2O)6]2+[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Komplex [Mn(H2O)6]2+ kommt Mangan in der Oxidationsstufe +2 vor, daher handelt es sich um ein oktaedrisch koordiniertes d5-Ion. Da Wasser ein Schwachfeld-Ligand ist (vgl. Spektrochemische Reihe) ist der Grundterm im Tanabe-Sugano-Diagramm 6A1. Da im Tanabe-Sugano-Diagramm kein weiterer Sextett-Zustand auftaucht ist kein Spin-erlaubter-Übergang möglich. Die beobachteten Absorptionen werden daher von niedriger Intensität sein.

Dennoch könnte nun das Verhältnis aller gemessenen Wellenzahlen zur Niedrigsten bestimmt werden. Mit diesem Verhältnis kann dan im d5-Tanabe-Sugano-Diagramm nach passenden Übergängen gesucht werden (bei 1 bzw. 2 Δ/B), wenn ebendieser gefunden wurde können die E/B-Werte (y-Achse) abgelesen werden. Δokt ergibt sich dann durch:

Für alle Übergänge sollte annähernd derselbe B- bzw. Δokt-Wert herauskommen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Quellenangabe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Catherine E. Housecroft und Alan G. Sharpe: Anorganische Chemie. 2. aktualisierte Auflage, Pearson Studium, München 2006, ISBN 978-3-8273-7192-8.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. C. E. Housecroft; A. G. Sharpe: Inorganic Chemistry. 4th ed. Pearson, Harlow, England 2012, ISBN 978-0-273-74275-3, S. 691 (worldcat.org).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Informationen zur Aufstellung von Tanabe-Sugano-Diagrammen und Beispiele