Jahn-Teller effekt, noen ganger også kjent Som jahn–Teller forvrengning, beskriver den geometriske forvrengning av molekyler og ioner som er forbundet med visse elektronkonfigurasjoner. Denne elektroniske effekten er oppkalt Etter Hermann Arthur Jahn Og Edward Teller, som ved hjelp av gruppeteori beviste at orbitalt degenererte molekyler ikke kan være stabile. Jahn-Teller-teoremet sier i hovedsak at ethvert ikke-lineært molekyl med en romlig degenerert elektronisk grunntilstand vil gjennomgå en geometrisk forvrengning som fjerner den degenerasjonen, fordi forvrengningen senker molekylets samlede energi.
Jahn-Teller forvrengning av et d9 oktaedisk overgangsmetallkompleks. Tetragonalforvrengningen forlenger bindingene langs z-aksen når bindingene i xy-planet blir kortere. Denne endringen senker den totale energien, fordi de to elektronene i dz2-orbitalet går ned i energi som den ene elektronen i dx2-y2-orbitalet går opp.
Vi kan forstå denne effekten i sammenheng med oktaediske metallkomplekser ved å vurdere d-elektronkonfigurasjoner der eg-orbitalsettet inneholder en eller tre elektroner. De vanligste av disse er high spin d4 (F.eks. CrF2), low spin d7 (F. Eks. NaNiO2) og d9 (F. Eks. Cu2+). Hvis komplekset kan forvride for å bryte symmetrien, vil en av de (tidligere) degenererte f. eks orbitaler gå ned i energi og den andre vil gå opp. Flere elektroner vil okkupere den nedre orbitalen enn den øvre, noe som resulterer i en samlet senking av den elektroniske energien. En lignende forvrengning kan forekomme i tetraedrale komplekser når t2-orbitalene er delvis fylt. Slike geometriske forvrengninger som senker den elektroniske energien sies å være elektronisk drevet. Lignende elektronisk drevne forvrengninger forekommer i endimensjonale kjedeforbindelser, der De kalles peierls-forvrengninger, og i todimensjonalt bundet ark, hvor de kalles ladetetthetsbølger.
jahn-Teller-effekten oppstår oftest i oktaedrale komplekser, spesielt sekskoordinerte kobber (II) komplekser. D9 elektronisk konfigurasjon av dette ion gir tre elektroner i de to degenererte f. eks orbitaler, som fører til en dobbelt degenerert elektronisk grunntilstand. Slike komplekser forvrenger langs en av de molekylære firefoldige aksene (alltid merket z-aksen), som har effekten av å fjerne orbitale og elektroniske degenerasjoner og senke den totale energien. Forvrengningen tar normalt form av å forlenge bindingene til ligandene som ligger langs z-aksen, men forekommer av Og til som en forkortelse av disse bindingene i stedet (Jahn-Teller-teoremet forutsier ikke retningen av forvrengningen, bare tilstedeværelsen av en ustabil geometri). Når en slik forlengelse oppstår, er effekten å senke den elektrostatiske avstøtningen mellom elektronparet på Lewis basale ligand og eventuelle elektroner i orbitaler med en z-komponent, og dermed senke energien til komplekset. Hvis det uforstyrrede komplekset forventes å ha et inversjonssenter, bevares dette etter forvrengningen.
Jahn-Teller-effekten er ansvarlig for tetragonal forvrengning av heksaaquacopper(II) komplekse ion, 2+, som ellers kan ha oktaedisk geometri. De to aksiale Cu−o-avstandene er 2.38 Å, mens de fire Ekvatoriale Cu−O-avstandene er ~1.95 Å.
I oktaediske komplekser er jahn-Teller-effekten mest uttalt når et ulikt antall elektroner opptar f. eks. orbitaler. Denne situasjonen oppstår i komplekser med konfigurasjonene d9, low-spin d7 eller high-spin d4 komplekser, som alle har dobbelt degenererte grunntilstander. I slike forbindelser eg orbitaler involvert i degenerasjon punkt direkte på ligander, slik forvrengning kan resultere i en stor energisk stabilisering. Strengt tatt oppstår effekten også når det er degenerasjon på grunn av elektronene i t2g-orbitalene (dvs.konfigurasjoner som d1 eller d2, som begge er tredoblet degenererte). I slike tilfeller er effekten imidlertid mye mindre merkbar, fordi det er en mye mindre senking av avstøtning ved å ta ligander lenger unna t2g-orbitalene, som ikke peker direkte på ligandene (se tabellen nedenfor). Det samme gjelder i tetraedrale komplekser (f. eks.: forvrengning er veldig subtil fordi det er mindre stabilisering som skal oppnås fordi ligandene ikke peker direkte på orbitaler.
de forventede effektene for oktaedisk koordinering er gitt i følgende tabell:
| Antall d elektroner | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Høy / Lav Spinn | HS | LS | HS | LS | LS | LS | HS | LS | ||||||
| Styrke Av J – T Effekt | w | w | s | w | w | w | w | s | s | |||||
w: svak Jahn-Teller effekt (t2g orbitaler ujevnt okkupert)
s: sterk Jahn-Teller effekt forventet (f. eks orbitaler ujevnt okkupert)
blank: ingen Jahn–Teller effekt forventet.
jahn-Teller-effekten manifesteres I UV-VIS absorbansspektra av enkelte forbindelser, hvor det ofte forårsaker splitting av bånd. Det er lett synlig i strukturer av mange kobber (II) komplekser. Ytterligere, detaljert informasjon om anisotropi av slike komplekser og arten av ligandbindingen kan fås fra den fine strukturen av lavtemperatur elektron spin resonans spektra.
Cu (II)-ion kan også koordinere fem vannmolekyler i en langstrakt firkantet pyramide med fire Cu-Oeq-bindinger (2×1.98 Å og 2×1.95 Å) og en lang Cu-Oax-binding (2.35 Å). De fire ekvatoriale ligandene er forvrengt fra gjennomsnittlig ekvatorialplan med ± 17°.