为了使振动光谱得到最充分的利用,应该除红外光谱外还要得到拉曼光谱数据,并加以数学分析而导出力常数的值,力常数的主要用途在于探讨一种键合关系方面的定量认识。
即使对一个单核的金属羰基合物的振动光谱进行精细的分析也是十分复杂的。曾经报导过对第六族的羰基合物,M(CO)6(M=Cr,Mo,W)以及Ni(CO)4的振动光谱的十分精细的处理。这四种情况下(气相分子)的C-O力常数是:Cr 17.2;Mo 17.3;W 17.2和Ni 17.9md/Å。CO+中CO三重键的力常数是19.8,双键时其值为12-13。因此在M(CO)6分子和Ni(CO)4分子中CO的键级约分别为2.65和2.75。上述四种分子的M-C键的伸缩力常数是:Cr 2.08;Mo 1.96;W 2.36;Ni 2.02。CO的力常数指出Ni(CO)4中的π键比Cr(CO)6弱,而M-C的力常数的相似性似乎指出Ni的σ键强于Cr。除非差距很大,否则这类论据必须慎重对待,因为CO键强不仅受反馈π键的影响,也受到σ键的影响,早已知道这是由于σ给予轨道多少总是CO反键轨道的缘故。
要得到刚才这一番讨论结果的工作量是如此之大,因而人们尝试性地从一些有限的数据和简单的概念出发去创造一些计算力常数的简便方法。这些方法中最得到广泛应用的就是通常称为Cotton-Kraihanzel(CK)方法,其它作者也曾介绍过类似的近似方法。这种最重要的CK近似方法是单纯从CO的伸缩频率去计算CO的力常数,因为在简单的金属羰基合物中它有着比其它振动(<700厘米-1)高得很多的频率(>1850厘米-1),许多羰基衍生物亦如此。这种近似处理的主要缺点在于所得到的力常数不是“绝对的”,但在一系列的相似分子中,它们对绝对值的偏差大致是一个固定的常数。因此所得到的力常数相对值以及相似分子间力常数的差值还是比较可靠的。
除此之外,在CK方法中还有着一些其它的假定,从振动光谱的精细分析结果看来,假定的正确性是可凝的。为了使方程式简化和应用起来简便起见,曾采用了两个更进一步的近似处理。(1)使用了现实的基频而忽略了这些撮动并不是真正简谐的事实。(2)假定顺式-和反式-CO基之间的相互作用常数通过简单的方式关联起来。这种所假定的关系是基于这样的概念,即CO基之间的偶合完全归因于同金属d轨道作用的电子效应。第一个假定肯定是不够真实的;非简谐振动的影响大约为20-30厘米-1,但对比不同模式振动对谱带的影响(典型的≤100厘米-1),两者还是可以区分开的。作为偶合的原因,大体上也只可部分地归因于电子效应,毫无疑问,另部分应来源自不同CO基的振动偶极间的直接静电作用。
尽管如此,例如CK近似方法的那种简化处理(未必只有CK法)可用于有关数据的验证,它还提供了一种比直接采用频率实验值更为好得多的手段,因为它不需要对分子中两个或更多个CO基伸缩之间的相互作用效应作任何经验性的修正。
在CK方法中有一个特有的概念,即在同一金属原子上的两个CO基伸缩的偶合常数是正的,从定性角度看,它有着实验根据,它被广泛地应用于M(CO)n光谱的说明。从物理学上说,这意味着CO同相伸缩模式比异相伸缩具有高得多的频率。换言之,就是一个伸缩着的CO基使另一个CO基在同一时间内难于伸缩。即使在CK近似方法中只考虑反馈键的影响或偶极相互作用时,这已经被预料到,那末在所有因素都起作用时,这更是可预计和理解的规则。