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d軌道(ディーきどう)とは、
原子を構成している
電子軌道の1種である。
方位量子数は2であり、d
xy軌道、d
yz軌道、d
zx軌道、d
x2-y2軌道、d
z2軌道という5つの異なる配位の軌道が存在する。
d軌道にどのように電子が配置されるかが
銅や
鉄などのDブロック
元素の物性を決定している(
周期表参照)。
特に
マンガンや
コバルトといった
強磁性体の性質、
遷移金属酸化物に代表される
強相関電子系の性質、そして
高温超伝導体の物性、にはd軌道の電子が重要な役割を果している。
通常、d軌道は5重に
縮退しているが、
遷移金属錯体で見られるように、O
2-やOH
-などの
配位子が遷移金属
イオンの周りに配位すると、配位子による静電場の影響でd軌道の縮退が解け、配位の様式に応じて軌道準位が分裂する。これを配位子場分裂とよぶ。例えば6個の配位子が正八面体状に配位した場合、3重に縮退したt
2g軌道と、2重に縮退したe
g軌道に分裂する。配位子の方向に電子の存在確率が高いd
x2-y2軌道、d
z2軌道は配位子による静電反発のため、軌道の
エネルギーが押し上げられ、2重に縮退したe
g軌道になる。また、配位子の方向に電子の存在確率が低いd
xy軌道、d
yz軌道、d
zx軌道はエネルギーが低く、3重に縮退したt
2g軌道になる。
e
g軌道に空きがある場合、分裂幅に応じた光を吸収することにより、t
2g軌道の電子はe
g軌道に遷移し、人間の目には吸収される光の
波長の
補色にあたる色が見える。このため、一般に遷移金属錯体は色を持つものが多い。吸収される光の波長は中心の遷移金属や配位子の種類によって異なる。例えば、
塩化コバルト(II)(Co(H
2O)
6Cl)は鮮やかなピンク色をしている。(詳しくは
配位子場理論を参照せよ)