Jahn-Teller-ilmiö, joka joskus tunnetaan myös nimellä Jahn-Teller-vääristymä, kuvaa molekyylien ja ionien geometrista vääristymää, joka liittyy tiettyihin elektronikonfiguraatioihin. Tämä elektroninen ilmiö on nimetty Hermann Arthur Jahnin ja Edward Tellerin mukaan, jotka osoittivat ryhmäteorian avulla, että orbitaalisesti degeneroituneet molekyylit eivät voi olla stabiileja. Jahn-Tellerin lause esittää oleellisesti, että mikä tahansa epälineaarinen molekyyli, jolla on spatiaalisesti degeneroitunut elektroninen maatila, käy läpi geometrisen vääristymän, joka poistaa tuon degeneraation, koska vääristymä alentaa molekyylin kokonaisenergiaa.
Jahn-Teller D9 oktaedrisen siirtymämetallikompleksin vääristymä. Tetragonaalinen vääristymä pidentää sidoksia z-akselilla, kun sidokset X-y-tasossa lyhenevät. Tämä muutos alentaa kokonaisenergiaa, koska DZ2-orbitaalin kahden elektronin energia laskee dx2-y2-orbitaalin yhden elektronin noustessa.
voimme ymmärtää tämän vaikutuksen oktaedristen metallikompleksien yhteydessä tarkastelemalla d-elektronikonfiguraatioita, joissa eG-orbitaalijoukossa on yksi tai kolme elektronia. Yleisimmät näistä ovat korkea spin d4 (esim.CrF2) , matala spin d7 (esim. NaNiO2) ja d9 (esim. Cu2+). Jos kompleksi voi vääristyä symmetrian rikkomiseksi, niin toinen (aiemmin) degeneroituneista eg-orbitaaleista laskee energialtaan ja toinen nousee. Alemmalla orbitaalilla on enemmän elektroneja kuin ylemmällä, jolloin elektronien energia kokonaisuudessaan laskee. Samanlainen vääristymä voi tapahtua tetraedrikomplekseissa, kun t2-orbitaalit ovat osittain täyttyneet. Tällaisten elektronienergiaa alentavien geometristen vääristymien sanotaan olevan elektronisesti ajettuja. Samanlaisia elektronisesti ajettuja vääristymiä esiintyy yksiulotteisissa ketjuyhdisteissä, joissa niitä kutsutaan Peierlin vääristymiksi, ja kaksiulotteisissa sidotuissa levyissä, joissa niitä kutsutaan varaustiheysaalloiksi.
Jahn-Teller-ilmiö esiintyy useimmin oktaedrikomplekseissa, erityisesti kuusikoordinaattisissa kupari (II) komplekseissa. Tämän ionin elektronikonfiguraatio D9 antaa kahdelle degeneroituneelle eg-orbitaalille kolme elektronia, mikä johtaa kaksin verroin degeneroituneeseen elektroniseen maatilaan. Tällaiset kompleksit vääristävät pitkin yhtä molekyylin nelinkertaista akselia (joka on aina merkitty z-akseliksi), minkä seurauksena orbitaalit ja elektroniset degeneraatiot poistuvat ja kokonaisenergia laskee. Vääristymä ilmenee tavallisesti sidosten venymisenä Z-akselin suuntaisiin ligandeihin, mutta esiintyy toisinaan näiden sidosten lyhentymisenä sen sijaan (Jahnin–Tellerin lause ei ennusta särön suuntaa, ainoastaan epävakaan geometrian esiintymistä). Kun tällainen venymä tapahtuu, vaikutuksena on alentaa elektrostaattista repulsiota Lewisin perusligandin elektroniparin ja Z-komponentin orbitaaleissa olevien elektronien välillä, jolloin kompleksin energia pienenee. Jos vääristymättömällä kompleksilla oletetaan olevan inversiokeskus, tämä säilyy vääristymän jälkeen.
Jahn-Teller-ilmiö aiheuttaa tetragonaalisen vääristymän heksakaakkopperi (II) kompleksi-Ionille 2+, jolla saattaisi muuten olla oktaedrinen geometria. Kahden aksiaalisen Cu-O: n etäisyydet ovat 2.38 Å, kun taas neljä Päiväntasaajan Cu – o etäisyydet ovat ~1,95 Å.
oktaedrikomplekseissa Jahn-Tellerin vaikutus on voimakkaimmillaan, kun pariton määrä elektroneja miehittää eg-orbitaaleja. Tämä tilanne syntyy komplekseissa, joissa on konfiguraatiot d9, matalan spin d7 tai korkean spin D4 komplekseja, joilla kaikilla on kaksin verroin degeneroituneet maatilat. Tällaisissa yhdisteissä degeneraatioon osallistuvat eg-orbitaalit osoittavat suoraan ligandien kohdalle, joten vääristymä voi johtaa suureen energeettiseen stabiloitumiseen. Tarkkaan ottaen vaikutus tapahtuu myös silloin, kun t2g-orbitaalien elektronien aiheuttama degeneraatio (eli konfiguraatiot kuten d1 tai d2, jotka molemmat ovat kolmesti degeneroituneita). Tällaisissa tapauksissa vaikutus on kuitenkin paljon vähemmän havaittavissa, koska on olemassa paljon pienempi lasku hylkimisreaktio ottaen ligandit kauempana t2g orbitaalit, jotka eivät osoita suoraan ligandit (katso taulukko alla). Sama pätee tetraedrikomplekseihin (esimerkiksi manganaatti: vääristymä on hyvin hienovarainen, koska stabilisaatiota saadaan vähemmän, koska ligandit eivät osoita suoraan orbitaaleille.
oktaedrisen koordinaation odotetut vaikutukset on esitetty seuraavassa taulukossa:
| d-elektronien lukumäärä | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| High / Low Spin | HS | LS | HS | LS | HS | HS | LS | HS | LS | ||||||
| J – T-vaikutuksen voimakkuus | w | w | m | V | l | s | lä | ||||||||
w: heikko Jahn–Teller–vaikutus (T2G-orbitaalit epätasaisesti miehitetyt)
s: vahva Jahn-Teller-vaikutus odotettavissa (esim.orbitaalit epätasaisesti miehitetyt)
tyhjä: Jahn-Teller-vaikutusta ei odoteta.
Jahn–Teller-vaikutus ilmenee joidenkin yhdisteiden UV-VIS-absorbanssispektreissä, joissa se aiheuttaa usein kaistojen jakautumista. Se näkyy helposti monien kupari(II) kompleksien rakenteissa. Lisäksi yksityiskohtaista tietoa tällaisten kompleksien anisotropiasta ja ligandisidonnan luonteesta voidaan saada matalan lämpötilan elektronin spin-resonanssispektrien hienorakenteesta.
cu (II)-ioni voi myös koordinoida viisi vesimolekyyliä pitkänomaisessa neliömäisessä pyramidissa, jossa on neljä Cu-Oeq-sidosta (2×1, 98 Å ja 2×1, 95 Å) ja pitkä Cu-Oax-sidos (2,35 Å). Neljä Päiväntasaajan ligandia vääristyvät Päiväntasaajan keskitasosta ± 17°.