D-Elektrone Spintoestand: Potensiale vir hoë en lae spinkonfigurasies van d-elektrone in oorgangsmetaalverbindings

In 'n geïsoleerde atoom of ioon van 'n oorgangsmetaal is die vyf d-orbitale ontaard. Dit beteken dat hulle vanweë die sferiese simmetrie dieselfde energie besit. In 'n verbinding of kompleks is die simmetrie laer omdat die spesie buuratome (ligande) het waarmee dit wisselwerking vertoon. Hierdie wisselwerking kan met kristalveldteorie of met ligandveldteorie beskryf word, maar in altwee gevalle sal die ontaarding in 'n laer simmetrie gedeeltelik opgehef word. Indien die simmetrie oktaëdries is -'n situasie wat volop aangetref word- splits die vyf d-orbitale in twee energievlakke: 'n t_2g vlak met laer energie wat drievoudig ontaard is en 'n e_g vlak met tweevoudige ontaarding.

Die grootte van die energieverskil Δ tussen die twee vlakke hang af van watter ligande die ioon of atoom omring. Indien die interaksie klein is het 'n hoëspintoestand soos in die diagram links van 'n d⁵-ioon (soos Fe³⁺) die laagste totale energie en vorm die grondtoestand. Wanneer die ligande groter invloed uitoefen word die energieverskil Δ groter en word dit energeties voordeliger om die spins te paar soos in die diagram regs. Die rede daarvoor is dat spinparing energie kos en dat in ontaarde vlakke 'n toestand met spins wat almal dieselfde rigting besit die laagste energie besit. Hierdie reël is bekend as Hund se reël.

Die magnetiese eienskappe van die twee spintoestande kan baie verskil. In die voorbeeld Fe³⁺ hierbo is altwee spintoestande paramagneties, maar die hoëspintoestand het 'n totale spinkwantumgetal S=1/2+1/2+1/2+1/2+1/2 = 5/2. Die laespintoestand het net S=1/2-1/2+1/2-1/2+1/2 = 1/2. In die geval van 'n Fe²⁺-ioon wat een elektron meer besit, sal die laespintoestand selfs S=0 besit en hierdie ioon is daardeur diamagneties.