Covalency of Trivalent Actinide Ions with Different Donor Ligands: Do Density Functional and Multiconfigurational Wavefunction Calculations Corroborate the Observed “Breaks”?

化学 锕系元素 密度泛函理论 波函数 共价键 完整活动空间 计算化学 化学键 镧系元素 离子 相对论量子化学 从头算 结晶学 原子物理学 无机化学 有机化学 物理 基准集
作者
Xiaojuan Yu,Dumitru‐Claudiu Sergentu,Rulin Feng,Jochen Autschbach
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (23): 17744-17757 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.1c02374
摘要

A comprehensive ab initio study of periodic actinide-ligand bonding trends for trivalent actinides is performed. Relativistic density functional theory (DFT) and complete active-space (CAS) self-consistent field wavefunction calculations are used to dissect the chemical bonding in the [AnCl6]3-, [An(CN)6]3-, [An(NCS)6]3-, [An(S2PMe2)3], [An(DPA)3]3-, and [An(HOPO)]- series of actinide (An = U-Es) complexes. Except for some differences for the early actinide complexes with DPA, bond orders and excess 5f-shell populations from donation bonding show qualitatively similar trends in 5f n active-space CAS vs DFT calculations. The influence of spin-orbit coupling on donation bonding is small for the tested systems. Along the actinide series, chemically soft vs chemically harder ligands exhibit clear differences in bonding trends. There are pronounced changes in the 5f populations when moving from Pu to Am or Cm, which correlate with previously noted "breaks" in chemical trends. Bonding involving 5f becomes very weak beyond Cm/Bk. We propose that Cm(III) is a borderline case among the trivalent actinides that can be meaningfully considered to be involved in ground-state 5f covalent bonding.

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