Коротко и по существу — причины различий в координационных числах и геометриях Mg${}^{2+}$ и Cu${}^{2+}$ в воде:
1) Электронная конфигурация и эффект Ян-Теллера:
- Mg${}^{2+}$: конфигурация $[Ne]$ (нет d‑электронов), неспособен к электронно‑степенной вырождённости → нет эффекта Ян‑Теллера; симметричная октаэдрическая координация ($CN=6$) обычно выгодна.
- Cu${}^{2+}$: конфигурация $[Ar]3d^9$ (то есть $d^9$); в октаэдрическом поле имеет состояние $t_{2g}^6{e}_g^3$ с вырождённостью в $e_g$. По теореме Ян‑Теллера комплекс искажает симметрию (обычно тетрагонально удлиняется), что даёт либо «4+2» (две длинные осевые связи) либо почти квадратную планарную среду.
2) Ионный радиус и поляризующая способность:
- Радиусы при $CN=6$: примерно Mg${}^{2+}$ $\sim 0.72$ Å, Cu${}^{2+}$ близок по размеру, но более поляризующий за счёт частично заполненных d‑орбиталей. Разная поляризующая способность и частичная ковалентность связей Cu–O усиливают асимметрию связей.
3) Лиганд‑поле и ковалентность:
- Mg${}^{2+}$ взаимодействие в основном ионное — стабилен симметричный октаэдр.
- Cu${}^{2+}$ проявляет заметную лиганд‑полуковалентность и энергетическую выгоду от перераспределения электронов при искажении; это приводит к удлинённым осевым и укороченным экваториальным связям (тетрагональное искажение, часто описывают как $D_{4h}$ вместо $O_h$).
4) Следствие в растворе:
- Mg${}^{2+}$: обычно шестиоктетная, близкая к идеальной октаэдрической гидратация.
- Cu${}^{2+}$: чаще наблюдается октаэдр с явным тетрагональным (Jahn–Teller) искажением — эффективная геометрия может выглядеть как $4+2$ (четыре короткие экваториальные и две длинные осевые связи) либо в сильных полях — близкая к квадратной плоскости.
Коротко: отсутствие d‑электронов у Mg${}^{2+}$ даёт симметричный $CN=6$ чисто ионный комплекс; наличие у Cu${}^{2+}$ конфигурации $d^9$ вызывает эффект Ян‑Теллера и частичную ковалентность, что даёт тетрагонально искажённую (часто $4+2$) или приближённо квадратную геометрию.