La théorie des champs cristallins décrit l’activité électrique entre les atomes d’un composé métallique de transition. En mettant l’accent sur l’activité électrique entre les atomes de ces composés, cette théorie sert à expliquer les propriétés énergétiques d’un composé de métal de transition, notamment sa couleur, sa structure et son champ magnétique. Bien que les atomes de ces composés soient liés les uns aux autres, la théorie des champs cristallins ne peut pas être utilisée pour décrire ces liaisons. Incomplète en elle-même, cette théorie a été combinée à la théorie des champs de ligands afin d’incorporer une compréhension de la liaison entre les atomes.
Dans les années 1930, la théorie des champs cristallins a été développée par les physiciens John Hasbrouck van Vleck et Hans Bleke. Ces scientifiques ont développé leur théorie parallèlement, bien que distincte, de la théorie des champs de ligands. Peu de temps après le développement de ces deux théories, d’autres scientifiques ont combiné les principes des deux, qui sont maintenant tous deux étudiés dans le cadre de la théorie moderne des champs de ligands. La combinaison de ces deux théories a créé un système d’équations qui était mieux à même de décrire les champs d’énergie et les liaisons moléculaires au sein de certains types de composés.
Les composés de métaux de transition peuvent être partiellement décrits en utilisant la théorie des champs cristallins. Ces composés sont constitués d’atomes d’un métal particulier qui sont entourés d’atomes non métalliques, appelés ligands dans ce contexte. Les électrons de ces différents atomes interagissent de manières qui peuvent être décrites en utilisant la théorie des champs cristallins. Les liaisons qui résultent de ces interactions électroniques sont également décrites en utilisant la théorie des champs de ligands.
Le terme champ cristallin, dans la théorie des champs cristallins, vient du champ électrique généré par un groupe de ligands. Ces atomes génèrent un champ d’énergie stable dans lequel un métal de transition est piégé. Ces champs peuvent se présenter sous différentes formes géométriques. De nombreux composés de métaux de transition ont des champs en forme de cubes car ces champs sont particulièrement stables et peuvent résister à l’influence d’atomes qui ne sont pas dans le système, de sorte que le composé de métal de transition reste plus stable.
Une chose que la théorie des champs cristallins est particulièrement bonne à décrire est la coloration d’un composé de métal de transition. En tant que structure relativement stable, les électrons d’un type particulier de composé se rapprochent ou s’éloignent de leur noyau dans une plage limitée. Cette plage détermine la couleur de la substance car elle absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière qui correspondent à la distance parcourue par l’électron lorsqu’il est excité. Les longueurs d’onde absorbées ne sont pas visibles dans ce composé. Au lieu de cela, la couleur opposée, comme on le voit sur la roue chromatique, est réfléchie, donnant à la substance sa couleur visible.