Jahn–Teller-effekten, ibland även känd som Jahn-Teller-distorsion, beskriver den geometriska distorsionen av molekyler och joner som är associerad med vissa elektronkonfigurationer. Denna elektroniska effekt är uppkallad efter Hermann Arthur Jahn och Edward Teller, som med hjälp av gruppteori bevisade att orbitalt degenererade molekyler inte kan vara stabila. Jahn-Teller-satsen säger i huvudsak att alla icke-linjära molekyler med ett rumsligt degenererat elektroniskt marktillstånd kommer att genomgå en geometrisk distorsion som tar bort den degenerationen, eftersom förvrängningen sänker molekylens totala energi.
Jahn-Teller-förvrängning av ett d9-oktaedralt övergångsmetallkomplex. Den tetragonala distorsionen förlänger bindningarna längs z-axeln när bindningarna i xy-planet blir kortare. Denna förändring sänker den totala energin, eftersom de två elektronerna i DZ2-orbitalen går ner i energi när den ena elektronen i DX2-y2-orbitalen går upp.
vi kan förstå denna effekt i samband med oktaedriska metallkomplex genom att överväga d-elektronkonfigurationer där EG-orbitaluppsättningen innehåller en eller tre elektroner. De vanligaste av dessa är hög spin d4 (t.ex. CrF2), låg spin d7 (t. ex. NaNiO2) och d9 (t. ex. Cu2+). Om komplexet kan snedvrida för att bryta symmetrin, kommer en av de (tidigare) degenererade t.ex. orbitalerna att gå ner i energi och den andra kommer att gå upp. Fler elektroner kommer att uppta den lägre orbitalen än den övre, vilket resulterar i en total sänkning av den elektroniska energin. En liknande förvrängning kan uppstå i tetraedriska komplex när T2-orbitalerna är delvis fyllda. Sådana geometriska snedvridningar som sänker den elektroniska energin sägs vara elektroniskt drivna. Liknande elektroniskt drivna snedvridningar förekommer i endimensionella kedjeföreningar, där de kallas Peierls-snedvridningar, och i tvådimensionellt bundna ark, där de kallas laddningstäthetsvågor.
Jahn-Teller-effekten uppträder oftast i oktaedriska komplex, särskilt sexkoordinerade koppar(II)-komplex. Den elektroniska konfigurationen d9 av denna jon ger tre elektroner i de två degenererade t.ex. orbitalerna, vilket leder till ett dubbelt degenererat elektroniskt marktillstånd. Sådana komplex snedvrider längs en av de molekylära fyrfaldiga axlarna (alltid märkt z-axeln), vilket har effekten att avlägsna orbitala och elektroniska degenerationer och sänka den totala energin. Förvrängningen har normalt formen av att förlänga bindningarna till liganderna som ligger längs z-axeln, men förekommer ibland som en förkortning av dessa bindningar istället (Jahn–Teller-satsen förutsäger inte distorsionsriktningen, bara närvaron av en instabil geometri). När en sådan förlängning inträffar är effekten att sänka den elektrostatiska avstängningen mellan elektronparet på Lewis-basliganden och eventuella elektroner i orbitaler med en z-komponent, vilket sänker komplexets energi. Om det oförvrängda komplexet förväntas ha ETT inversionscenter bevaras detta efter förvrängningen.
Jahn-Teller-effekten är ansvarig för tetragonal distorsion av hexaaquacopper(II) komplex Jon, 2+, som annars skulle kunna ha oktaedrisk geometri. De två axiella Cu – o-avstånden är 2.38 oc, medan de fyra ekvatoriella Cu – o-avstånden är ~1,95 oc.
i oktaedriska komplex är Jahn–Teller-effekten mest uttalad när ett udda antal elektroner upptar EG-orbitalerna. Denna situation uppstår i komplex med konfigurationerna d9, lågspinn D7 eller högspinn D4-komplex, som alla har dubbelt degenererade marktillstånd. I sådana föreningar pekar EG-orbitalerna som är involverade i degenerationen direkt vid liganderna, så förvrängning kan resultera i en stor energisk stabilisering. Strängt taget uppstår effekten också när det finns en degenerering på grund av elektronerna i T2G-orbitalerna (dvs. konfigurationer som d1 eller d2, vilka båda är tredubbla degenererade). I sådana fall är effekten emellertid mycket mindre märkbar, eftersom det finns en mycket mindre sänkning av repulsionen vid att ta ligander längre bort från T2G-orbitalerna, som inte pekar direkt på liganderna (se tabellen nedan). Detsamma gäller i tetraedriska komplex (t. ex. manganat: distorsion är mycket subtil eftersom det finns mindre stabilisering att vinna eftersom liganderna inte pekar direkt på orbitalerna.
de förväntade effekterna för oktaedrisk samordning ges i följande tabell:
| antal d-elektroner | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hög / Låg spinn | HS | LS | HS | LS | HS | LS | HS | LS | ||||||
| styrka av J – T-effekt | w | w | s | w | w | w | w | s | s | |||||
w: svag Jahn-Teller-effekt (T2G–orbitaler ojämnt upptagna)
s: stark Jahn–Teller-effekt förväntad (t.ex. orbitaler ojämnt upptagna)
blank: ingen Jahn-Teller-effekt förväntas.
Jahn-Teller-effekten manifesteras i UV-VIS-absorptionsspektra hos vissa föreningar, där det ofta orsakar splittring av band. Det är lätt uppenbart i strukturerna i många koppar (II) komplex. Ytterligare detaljerad information om anisotropin hos sådana komplex och arten av ligandbindningen kan erhållas från den fina strukturen hos lågtemperaturelektronspinnresonansspektra.
cu (II)-Jonen kan också koordinera fem vattenmolekyler i en långsträckt fyrkantig pyramid med fyra Cu-Oeq-bindningar (2×1, 98 och 2×1, 95 kg) och en lång Cu-Oax-bindning (2, 35 kg). De fyra ekvatoriella liganderna förvrängs från det genomsnittliga ekvatorialplanet med 17.