efectul Jahn–Teller, uneori cunoscut și sub numele de distorsiune Jahn–Teller, descrie distorsiunea geometrică a moleculelor și a ionilor care este asociată cu anumite configurații de electroni. Acest efect electronic este numit după Hermann Arthur Jahn și Edward Teller, care au dovedit, folosind teoria grupurilor, că moleculele degenerate orbital nu pot fi stabile. Teorema Jahn-Teller afirmă în esență că orice moleculă neliniară cu o stare de bază electronică degenerată spațial va suferi o distorsiune geometrică care elimină acea degenerare, deoarece distorsiunea scade energia totală a moleculei.
distorsiunea Jahn-Teller a unui complex de metal de tranziție octaedric d9. Distorsiunea tetragonală prelungește legăturile de-a lungul axei z pe măsură ce legăturile din planul x-y devin mai scurte. Această schimbare scade energia totală, deoarece cei doi electroni din orbitalul dz2 scad în energie pe măsură ce un electron din orbitalul dx2-y2 crește.
putem înțelege acest efect în contextul complexelor metalice octaedrice luând în considerare configurațiile d-electron în care setul orbital eg conține unul sau trei electroni. Cele mai frecvente dintre acestea sunt spin mare d4 (de exemplu, CrF2) , spin scăzut d7 (de exemplu,NaNiO2) și d9 (de exemplu, Cu2+). Dacă complexul poate distorsiona pentru a rupe simetria, atunci unul dintre orbitalii eg (anterior) degenerați va coborî în energie, iar celălalt va urca. Mai mulți electroni vor ocupa orbitalul inferior decât cel superior, rezultând o scădere generală a energiei electronice. O distorsiune similară poate apărea în complexele tetraedrice atunci când orbitalii t2 sunt parțial umpluți. Se spune că astfel de distorsiuni geometrice care scad energia electronică sunt conduse electronic. Distorsiuni similare conduse electronic apar în compușii cu lanț unidimensional, unde se numesc distorsiuni Peierls și în foi lipite bidimensional, unde se numesc unde de densitate a sarcinii.
efectul Jahn–Teller este cel mai des întâlnit în complexele octaedrice, în special complexele de cupru(II) cu șase coordonate. Configurația electronică d9 a acestui ion dă trei electroni în cei doi orbitali eG degenerați, ducând la o stare de bază electronică dublă degenerată. Astfel de complexe distorsionează de-a lungul uneia dintre axele moleculare de patru ori (etichetate întotdeauna axa z), ceea ce are ca efect eliminarea degenerărilor orbitale și electronice și scăderea energiei globale. Distorsiunea ia în mod normal forma alungirii legăturilor la liganzii situați de–a lungul axei z, dar ocazional apare ca o scurtare a acestor legături în schimb (teorema Jahn-Teller nu prezice direcția distorsiunii, ci doar prezența unei geometrii instabile). Când apare o astfel de alungire, efectul este de a reduce repulsia electrostatică între perechea de electroni de pe ligandul de bază Lewis și orice electroni din orbitali cu o componentă z, scăzând astfel energia complexului. Dacă complexul nedistorsionat ar fi de așteptat să aibă un centru de inversiune, acesta este păstrat după distorsiune.
efectul Jahn-Teller este responsabil pentru distorsiunea tetragonală a ionului complex hexaaquacopper(II), 2+, care altfel ar putea poseda geometrie octaedrică. Cele două distanțe axiale Cu−O sunt 2.38, în timp ce cele patru distanțe ecuatoriale cu−O sunt ~1,95.
în complexele octaedrice, efectul Jahn–Teller este cel mai pronunțat atunci când un număr impar de electroni ocupă orbitalii eg. Această situație apare în complexe cu configurații d9, low-spin D7 sau high-spin D4 complexe, toate având stări de bază dublu degenerate. În astfel de compuși, orbitalii eg implicați în punctul de degenerare direct la liganzi, astfel încât distorsiunea poate duce la o stabilizare energetică mare. Strict vorbind, efectul apare și atunci când există o degenerare datorată electronilor din orbitalii t2g (adică configurații precum d1 sau d2, ambele fiind degenerate triplu). Cu toate acestea, în astfel de cazuri, efectul este mult mai puțin vizibil, deoarece există o scădere mult mai mică a repulsiei la îndepărtarea liganzilor mai departe de orbitalii t2g, care nu indică direct liganzii (vezi tabelul de mai jos). Același lucru este valabil și în complexele tetraedrice (de exemplu, manganat: distorsiunea este foarte subtilă, deoarece există o stabilizare mai mică de obținut, deoarece liganzii nu indică direct orbitalii.
efectele așteptate pentru coordonarea octaedrică sunt prezentate în tabelul următor:
| numărul de electroni d | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| rotire înaltă / joasă | sa | LS | sa | LS | sa | LS | sa | LS | ||||||
| puterea efectului J-T | w | w | s | w | l | w | cu | s | s | |||||
w: efect Jahn–Teller slab (orbitalii t2g ocupați inegal)
s: se așteaptă un efect Jahn–Teller puternic (de exemplu, orbitalii ocupați inegal)
gol: nu se așteaptă niciun efect Jahn–Teller.
efectul Jahn–Teller se manifestă în spectrele de absorbție UV-VIS ale unor compuși, unde cauzează adesea divizarea benzilor. Este ușor evident în structurile multor complexe de cupru(II). Informații suplimentare și detaliate despre anizotropia unor astfel de complexe și natura legării ligandului pot fi obținute din structura fină a spectrelor de rezonanță a spinului electronic la temperatură scăzută.
ionul Cu (II) poate coordona, de asemenea, cinci molecule de apă într-o piramidă pătrată alungită cu patru legături Cu-Oeq (2×1, 98 și 2×1, 95) și o legătură lungă Cu-Oax (2, 35). Cei patru liganzi ecuatoriali sunt distorsionați față de planul ecuatorial mediu cu 17.