[科普中国]-低自旋状态

低自旋状态（low-spin state）是指在一定的晶体场中，氧化态相同的同种过渡元素离子，在其电子构型中，自旋方向一致的不成对电子数为最少时所处的状态。

背景知识配合物的价键理论：

( 1 ) 中心原子以空轨道接受配体的孤对电子，形成 配位键。( 2 ) 中心原子能量相近的价层空轨道进行杂化，形成具有一定空间伸展方向的、能量相同的杂化轨道，每一个空的杂化轨道接受配位原子的一对孤对电子形成配位键。( 3 ) 中心原子杂化轨道的伸展方向决定了配位键的方向，也就决定了配合物的空间构型。

顺磁性：

顺磁性（paramagnetism）是指材料对磁场响应很弱的磁性。如用磁化率k=M/H来表示（M和H分别为磁化强度和磁场强度），从这个关系来看，磁化率k是正的，即磁化强度的方向与磁场强度的相同。一些原子核（如1H，7Li，11B，13C，17O等以及中子）具有磁矩，在磁场作用下会产生顺磁性，但其顺磁磁化率比电子对顺磁性的贡献小得多。因而在讨论物质的顺磁性时，可不计及核的顺磁性。从原子结构来看，组成顺磁性物体的原子、离子或分子具有未被电子填满的内壳层，这类材料的原子、离子或分子中存在固有磁矩，因其相互作用远小于热运动能，磁矩的取向无规，使材料不能形成自发磁化。在经典理论中，磁矩在磁场中可取任意方向。所有这些材料中的原子或离子在磁场作用下所产生的磁矩都很小。如许多过渡金属和稀土元素的绝缘化合物，有机化合物中的自由基，以及少数顺磁性气体（如NO），在一般情况下磁化率随温度的变化遵从居里定律：κ=C/T，式中C称为居里常数，T为温度。1

低自旋状态的具体解释内轨型配合物中心体使用内层的(n-1)d空轨道参加杂化所形成的配合物称为内轨型配合物。 C(如氰根离子)、N(如亚硝酸根离子)等配位原子电负性较低而容易给出孤对电子，它们可使(n-1)d电子 发生重排而空出部分（n-1）d轨道参与杂化，易形成内轨型配合物。 由于(n-1)d轨道的能量比nd轨道低，因此， 对同一个中心体而言，一 般所形成的内轨型配合物比外轨型稳定。1

低自旋配合物而与另一些配体形成的配 合物则有较少的未成对电子(磁矩较小)或呈抗磁性，称为低自旋配合物。 注意：高低自旋配合物是相对的，只是 对同一中心离子而言。1

判断配合物空间构型的方法( 1 ) 由已知条件(如磁矩)或潜在的条件(如配体的强弱)推出中心离子的成单电子数，并正确写出中心离子的价电子层轨道排布式。

( 2 ) 由中心离子的配位数结合价电子层轨道排布式确定杂化类型(关键要确定是使用(n-1)d轨道还是nd轨道参与杂化)。

( 3 ) 由杂化类型确定配合物空间构型（参照下表）

( 4 ) 由杂化类型确定是内轨型还是外轨型(只要有(n-l)d轨道参与杂化就是内轨型配合物，否则为外轨型配合物)，成单电子数为0或1等低电子数的为低自旋配合物，成单电子数多的(一般>2)为高自旋配合物。1

知识扩展高自旋状态high-spin state，是指在一定的晶体场中，氧化态相同的同种过渡元素离子，在其电子构型中，自旋方向一致的不成对电子数为最多时所处的状态。

外轨型配合物外轨型配合物中心离子的电子结构不发生变化，仅用外层的空轨道ns，np，nd进行杂化生成能量相同，数目相等的杂化轨道与配体结合。如卤素、氧等配位原子电负性较高，不易给出孤对电子，它们倾向于占据中心体的最外层轨道，易形成外轨型配合物。

高自旋配合物对同一中心原子(离子) 与某些配位体形成的配合物常因具有较多的未成对电子而显顺磁性或磁矩较大，称为高自旋配合物。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学