Haut spin et bas spin

En chimie, l'état haut spin ou bas spin d'un métal de transition complexé avec des ligands décrit les différentes répartitions possibles des électrons issus des orbitales atomiques d du métal dans les orbitales moléculaires du complexe. Ces différentes configurations peuvent être représentées à l'aide des deux principaux modèles décrivant la structure électronique des complexes de coordination, la théorie du champ cristallin et la théorie du champ de ligands. L'écart Δ entre les orbitales d joue un rôle important dans l'état de spin d'un complexe de coordination. Trois facteurs sont susceptibles d'affecter ce paramètre : la période (ligne du tableau périodique) de l'ion métallique, la charge électrique de cet ion et la force du champ des ligands du complexe telle que décrite par la série spectrochimique. Un état bas spin s'établit lorsque l'énergie nécessaire pour placer un second électron dans une orbitale t déjà occupée par un premier électron est inférieure à l'énergie nécessaire pour placer cet électron dans une orbitale e vide avec un surcroît d'énergie égal à Δ. En revanche, un état haut spin s'établit lorsque l'énergie nécessaire pour apparier deux électrons dans une orbitale t est supérieure à l'énergie nécessaire pour placer un électron célibataire (non apparié) dans une orbitale e inoccupée malgré le surcroît d'énergie Δ. Lorsque les orbitales ont des niveaux d'énergie largement séparés (donc lorsque Δ est élevé), les orbitales de basse énergie sont entièrement occupées avant que les orbitales de haute énergie reçoivent leurs premiers électrons. Il s'ensuit un état dit « bas spin » en raison du faible spin résultant puisque les spins d'électrons appariés s'annulent. En revanche, lorsque les niveaux d'énergie des orbitales sont suffisamment proches (lorsque Δ est faible), les orbitales de haute énergie reçoivent leurs premiers électrons alors que les orbitales de basse énergie ne sont encore peuplées que d'électrons célibataires, ce qui donne lieu à un état dit « haut spin » ; jusqu'à cinq électrons célibataires peuvent ainsi occuper chacune des cinq orbitales d, ce qui donne un spin résultant élevé.