姜-泰勒效應

姜-泰勒效應（英文：Jahn-Teller effect，簡稱JTE），有時也被稱為姜-泰勒變形或姜-泰勒畸變^[1]，描述了基態時有多個簡併態的非線性分子的電子雲在某些情形下發生的構型形變。分子發生幾何構型畸變的目的是降低簡併度，從而穩定其中一個狀態。姜-泰勒效應主要出現在金屬的錯合物中，特別是某些金屬染料的著色過程。該效應得名於1937年首次對其報導的赫爾曼·亞瑟·雅恩（英語：Hermann Arthur Jahn）及愛德華·泰勒。

由於姜-泰勒效應，[Cu(OH₂)₆]²⁺ 離子具有「伸長八面體」型結構，兩個軸向的 Cu－O 鍵鍵長238 pm，四個共面的 Cu－O 鍵鍵長195 pm。

為了消除簡併態，八面體錯合物將會沿著軸向（也就是z軸）扭曲。這一現象發生在有d軌域的金屬錯合物中。而簡併性是在電子占據不同簡併的軌域卻可能有相同或相近的能量時產生。

配位基的作用類似路易斯鹼，可以給金屬提供電子，過渡金屬通過d軌域和配位基發生相互作用形成含d軌域的金屬錯合物。八面體錯合物中，6個M－L鍵的長度相等。

d軌域電子數與姜-泰勒效應顯著程度

d軌域電子數	1	2	3	4		5		6		7		8	9	10
自旋				高自旋	低自旋	高自旋	低自旋	高自旋	低自旋	高自旋	低自旋
姜-泰勒變形程度	弱	弱		強	弱		弱	弱		弱	強		強

弱: t_2g軌域電子不均勻占據。 強: e_g軌域電子不均勻占據。 空白: 無。

八面體錯合物中，5個d軌域可以分成兩類，t_2g（包括軌域 d_xy, d_xz 和 d_yz）以及 e_g （包括軌域 d_z² 和 d_x²-y²）。t_2g 和 e_g 軌域的能量分別是相同的（就是說 t_2g 三個軌域的能量是相同的，e_g 以此類推），其中 e_g 軌域的能量比 t_2g 軌域的要高一些。Δ_O（配位基場分裂參數）用於具體的能量差。在 Δ_O 比電子成對能大的錯合物中，電子傾向於成對，電子按能量從低到高的順序占據d軌域。在這樣一種低自旋的態中，t_2g 軌域被占據滿了後電子才會去占據 e_g 軌域。而在高自旋錯合物中，Δ_O 比電子成對能小，e_g 軌域中的每個軌域在 t_2g 軌域中的任一個占滿兩個電子之前將分別占據一個電子。

在八面體錯合物中，姜-泰勒效應在奇數個電子占據 e_g 軌域時最常為被我們觀察到。如，低自旋錯合物中金屬上的電子為7或9時（也就是 d⁷ 和 d⁹）或有有一個單 e_g 電子的高自旋錯合物，d⁴。因此 d⁹ 構型的Cu(II) 錯合物常會出現姜-泰勒效應，比如本應為正八面體構型，但實際上為伸長（或縮短）八面體構型的 [Cu(OH₂)₆]²⁺ 離子。

需要注意的是姜-泰勒效應並不能預測變形的方向，只能預測存在一個不穩定的構型。

在實驗上，姜-泰勒效應可以通過無機化合物的紫外-可見光譜來研究和解釋。

姜-泰勒效應在有機化學中也有應用。

參見

• 晶場理論、配位場理論
• 勢能面
• 非絕熱過程（英語：diabatic）
• 圓錐相交（英語：conical intersection）
• 避免交叉（avoided crossing）
• 電子振動耦合

參考文獻

• Jahn, H. A.; Teller, E. Stability of polyatomic molecules in degenerate electronic states. I. Orbital degeneracy. Proceedings of the Royal Society of London Series A-Mathematical and Physical Sciences 1937, 161, 220-235.
• Shriver, D. F. & Atkins, P. W. (1999). Inorganic Chemistry (3rd ed) pp 235-236. Oxford University Press ISBN 0-19-850330-x.

1. 周公度、段連運. 结构化学基础 第五版. 北京: 北京大學出版社. 2017. ISBN 9787301283073.