∫ SJ Maths Chemistry
← UP PGT Chemistry
Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Colour of Transition Metal Complexes संक्रमण धातु संकुलों का रंग (Colour of Transition Metal Complexes)

The colour exhibited by transition metal ions and their coordination complexes arises primarily from d-d electronic transitions facilitated by crystal field splitting. Additional mechanisms such as charge transfer transitions can also impart intense colour to otherwise d0 systems. संक्रमण धातु आयनों और उनके उपसहसंयोजन संकुलों (coordination complexes) द्वारा प्रदर्शित रंग मुख्य रूप से क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन (crystal field splitting) द्वारा सुगम d-d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों से उत्पन्न होता है। आवेश स्थानांतरण संक्रमण (charge transfer transitions) जैसी अतिरिक्त क्रियाविधियाँ भी उन प्रणालियों में तीव्र रंग उत्पन्न कर सकती हैं जो अन्यथा d0 विन्यास वाली होती हैं।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Origin of Colour via d-d Transitions d-d संक्रमणों के माध्यम से रंग की उत्पत्ति

  • Transition metal complexes absorb specific wavelengths of visible light to promote an electron from lower t2g to higher eg orbitals.
  • Unpaired d-electrons are essential for d-d transitions; ions with d0 or d10 configurations are generally colourless.
  • The magnitude of Δ0 determines the absorbed wavelength (Δ0 = hc/λ), dictating the observed complementary colour.
  • संक्रमण धातु संकुल दृश्य प्रकाश की विशिष्ट तरंगदैर्ध्य को अवशोषित करते हैं ताकि इलेक्ट्रॉन को निचले t2g कक्षक से उच्च eg कक्षकों में उत्तेजित किया जा सके।
  • d-d संक्रमण के लिए अयुग्मित d-इलेक्ट्रॉन आवश्यक हैं; d0 या d10 विन्यास वाले आयन सामान्यतः रंगहीन होते हैं।
  • Δ0 का परिमाण अवशोषित तरंगदैर्ध्य (Δ0 = hc/λ) को निर्धारित करता है, जो देखे गए पूरक रंग (complementary colour) को तय करता है।

Spectrochemical Series and Ligand Field Strength स्पेक्ट्रोकेमिकल श्रेणी और लिगेंड क्षेत्र सामर्थ्य

  • Ligands are arranged in the spectrochemical series in order of increasing crystal field splitting power (Δ).
  • Weak field ligands like I- cause small splitting, absorbing lower energy (red/orange) and appearing green/blue.
  • Strong field ligands like CO, CN-, and NO2- cause large splitting, absorbing ultraviolet or violet region.
  • लिगेंडों को स्पेक्ट्रोकेमिकल श्रेणी (spectrochemical series) में क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन शक्ति (Δ) के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित किया जाता है।
  • दुर्बल क्षेत्र लिगेंड जैसे I- कम विपाटन उत्पन्न करते हैं, जिससे कम ऊर्जा (लाल/नारंगी) अवशोषित होती है और वे हरे/नीले दिखाई देते हैं।
  • प्रबल क्षेत्र लिगेंड जैसे CO, CN-, और NO2- बड़ा विपाटन उत्पन्न करते हैं, जिससे पराबैंगनी या बैंगनी क्षेत्र का प्रकाश अवशोषित होता है।

Colour Origin via Charge Transfer Transitions आवेश स्थानांतरण संक्रमण के माध्यम से रंग की उत्पत्ति

  • Intense colours in compounds like KMnO4 and K2Cr2O7 arise from ligand-to-metal charge transfer (LMCT).
  • Even d0 species such as TiCl4 or CrO42- exhibit deep colours due to charge transfer mechanisms.
  • Electron density is transiently shifted from ligand orbitals to vacant metal d-orbitals under the influence of light.
  • KMnO4 और K2Cr2O7 जैसे यौगिकों में तीव्र रंग लिगेंड-से-धातु आवेश स्थानांतरण (LMCT) से उत्पन्न होते हैं।
  • TiCl4 या CrO42- जैसी d0 प्रजातियाँ भी आवेश स्थानांतरण क्रियाविधियों के कारण गहरे रंग प्रदर्शित करती हैं।
  • प्रकाश के प्रभाव में इलेक्ट्रॉन घनत्व अस्थायी रूप से लिगेंड कक्षकों से रिक्त धातु d-कक्षकों में स्थानांतरित हो जाता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Complementary Colour Relation पूरक रंग संबंध (Complementary Colour Relation)
λobserved = Complementary to λabsorbed
Conditions: Visual colour wheel perception of transmitted or reflected light
शर्तें: पारेषित या परावर्तित प्रकाश की दृश्य रंग चक्र धारणा
इकाइयाँ: कोई इकाई नहीं
Spin-Only Magnetic Moment (Related Property) प्रचक्रण-मात्र चुंबकीय आघूर्ण (Spin-Only Magnetic Moment)
μ = √[n(n + 2)] BM
Conditions: Relates number of unpaired electrons (n) to d-electron configuration
शर्तें: अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों (n) की संख्या का d-इलेक्ट्रॉन विन्यास से संबंध
इकाइयाँ: बोर मैग्नेटोन (BM)
Crystal Field Stabilization Energy (CFSE) क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा (CFSE)
CFSE = [-0.4 n(t2g) + 0.6 n(eg)] Δ0 + p·P
Conditions: Octahedral coordination field with pairing energy P
शर्तें: युग्मन ऊर्जा P के साथ अष्टफलकीय समन्वय क्षेत्र
इकाइयाँ: ऊर्जा इकाई (Δ0 के संदर्भ में)
Energy of Absorbed Photon अवशोषित फोटॉन की ऊर्जा (Energy of Absorbed Photon)
Δ0 = hν = hc / λ
Conditions: Transition between t2g and eg orbitals in octahedral complexes
शर्तें: अष्टफलकीय संकुलों में t2g और eg कक्षकों के बीच संक्रमण
इकाइयाँ: जूल (J) या kJ/mol
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद d0 metal ions are colourless due to lack of d-electrons for d-d transitions.d0 धातु आयन d-d संक्रमण के लिए d-इलेक्ट्रॉनों की कमी के कारण रंगहीन होते हैं।

Observation: MnO4- and CrO42- are intensely coloured. — Colour arises from Ligand-to-Metal Charge Transfer (LMCT), not d-d transitions. प्रेक्षण: MnO4- और CrO42- तीव्र रंगीन होते हैं। रंग d-d संक्रमण के बजाय लिगेंड-से-धातु आवेश स्थानांतरण (LMCT) से उत्पन्न होता है।

Exceptionअपवाद Anhydrous copper(II) sulfate is white.निर्जल कॉपर(II) सल्फेट सफेद होता है।

Observation: Hydrated copper(II) sulfate pentahydrate ([Cu(H2O)4]SO4·H2O) is bright blue. — Water molecules act as ligands changing Δ0 and shifting light absorption into the red region. प्रेक्षण: जलयोजित कॉपर(II) सल्फेट पेंटाहाइड्रेट ([Cu(H2O)4]SO4·H2O) चमकीला नीला होता है। जल के अणु लिगेंड के रूप में कार्य करते हैं जो Δ0 को बदलते हैं और प्रकाश अवशोषण को लाल क्षेत्र में स्थानांतरित कर देते हैं।

Exceptionअपवाद d10 complexes like Zn2+, Cd2+, and Hg2+ salts are typically white.Zn2+, Cd2+, और Hg2+ लवण जैसे d10 संकुल आमतौर पर सफेद होते हैं।

Observation: Mercury(II) iodide (HgI2) is red. — Strong covalent polarization and charge transfer between large I- and Hg2+ shift absorption. प्रेक्षण: मर्करी(II) आयोडाइड (HgI2) लाल होता है। बड़े I- और Hg2+ के बीच मजबूत सहसंयोजक ध्रुवीकरण और आवेश स्थानांतरण अवशोषण को स्थानांतरित कर देते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
ROYGBIV Complementary WheelROYGBIV पूरक चक्र
R ↔ G, O ↔ B, Y ↔ V

Application: If a complex absorbs Red light, it appears Green. Use complementary pairs for quick MCQ elimination. अनुप्रयोग: यदि कोई संकुल लाल प्रकाश अवशोषित करता है, तो वह हरा दिखाई देता है। MCQ को जल्दी हल करने के लिए पूरक जोड़ों का उपयोग करें।

Spectrochemical Series Mnemonicस्पेक्ट्रोकेमिकल श्रेणी याद रखने की युक्ति
I < Br < SCN < Cl < F < OH < oxalate < H2O < NCS < EDTA < NH3 < en < bipy < phen < NO2 < CN < CO

Application: Remember halides are weak field (low Δ), amines/cyanides/carbonyls are strong field (high Δ). अनुप्रयोग: याद रखें कि हैलाइड दुर्बल क्षेत्र (कम Δ) हैं, जबकि एमीन/साइनाइड/कार्बोनिल प्रबल क्षेत्र (उच्च Δ) हैं।

d-Electron Count Rule for Colourरंग के लिए d-इलेक्ट्रॉन गणना नियम
1 ≤ n(d) ≤ 9 → Coloured (mostly)

Application: Instantly identify d0 (Sc3+, Ti4+) and d10 (Zn2+, Cu+) as colourless. अनुप्रयोग: तुरंत पहचानें कि d0 (Sc3+, Ti4+) और d10 (Zn2+, Cu+) रंगहीन होते हैं।

⚖️ Comparison of d-d Transition vs Charge Transfer ⚖️ d-d संक्रमण बनाम आवेश स्थानांतरण की तुलना
Featureविशेषताd-d Transitiond-d संक्रमणCharge Transfer (CT)आवेश स्थानांतरण (CT)
Originउत्पत्तिTransition between split d-orbitalsविपाटित d-कक्षकों के बीच संक्रमणTransfer of electron between ligand and metalलिगेंड और धातु के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण
Intensityतीव्रताWeak (low molar extinction coefficient)दुर्बल (कम मोलर विलुप्ति गुणांक)Very high (intense, deep colours)बहुत उच्च (तीव्र, गहरे रंग)
Configurationविन्यासRequires partially filled d-orbitals (d1-d9)आंशिक रूप से भरे d-कक्षकों (d1-d9) की आवश्यकताCommon in d0 or d10 systemsd0 या d10 प्रणालियों में सामान्य
Examplesउदाहरण[Cu(H2O)6]2+, [Co(NH3)6]3+[Cu(H2O)6]2+, [Co(NH3)6]3+MnO4-, CrO42-MnO4-, CrO42-
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Hydrated copper(II) ion [Cu(H2O)6]2+ is blue because it absorbs red-orange light.
  • Scandium(III) (Sc3+) and Titanium(IV) (Ti4+) salts are colourless because they possess d0 configurations.
  • Anhydrous CuSO4 is white, but hydrated CuSO4·5H2O is blue due to ligand field alteration by water.
  • Spectrochemical series orders ligands by crystal field splitting parameter Δ.
  • Permanganate ion (MnO4-) exhibits intense purple colour due to ligand-to-metal charge transfer.
  • Coordination complexes without unpaired electrons or charge transfer bands appear white or colourless.
  • जलयोजित कॉपर(II) आयन [Cu(H2O)6]2+ नीला होता है क्योंकि यह लाल-नारंगी प्रकाश अवशोषित करता है।
  • स्कैंडियम(III) (Sc3+) और टाइटेनियम(IV) (Ti4+) लवण रंगहीन होते हैं क्योंकि उनमें d0 विन्यास होता है।
  • निर्जल CuSO4 सफेद होता है, लेकिन जलयोजित CuSO4·5H2O पानी द्वारा लिगेंड क्षेत्र परिवर्तन के कारण नीला होता है।
  • स्पेक्ट्रोकेमिकल श्रेणी लिगेंडों को क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन पैरामीटर Δ के अनुसार व्यवस्थित करती है।
  • परमैंगनेट आयन (MnO4-) लिगेंड-से-धातु आवेश स्थानांतरण के कारण तीव्र बैंगनी रंग प्रदर्शित करता है।
  • बिना अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों या आवेश स्थानांतरण बैंड वाले उपसहसंयोजन संकुल सफेद या रंगहीन दिखाई देते हैं।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Assuming all d0 compounds are colourless without checking for charge transfer bands.
  • Confusing the absorbed colour with the observed complementary colour in questions.
  • Assuming coordination number alone determines colour rather than the specific ligand field strength.
  • Forgetting that anhydrous salts lack coordinated solvent ligands, altering crystal field splitting.
  • आवेश स्थानांतरण बैंड की जांच किए बिना सभी d0 यौगिकों को रंगहीन मान लेना।
  • प्रश्नों में अवशोषित रंग और देखे गए पूरक रंग को भ्रमित करना।
  • यह मान लेना कि केवल समन्वय संख्या रंग निर्धारित करती है, न कि विशिष्ट लिगेंड क्षेत्र सामर्थ्य।
  • यह भूल जाना कि निर्जल लवणों में समन्वित विलायक लिगेंड नहीं होते, जो क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन को बदल देते हैं।