لماذا كبريتات النحاس زرقاء؟

مثل العديد من المجمعات المعدنية الانتقالية ، فإن كبريتات النحاس (II) بينتاهيدراتي ذات ألوان زاهية ؛ بلورات هذه المادة الجميلة هي ظلال زرقاء شاحبة. ينبع لونها من الكيمياء والفيزياء لتكوينها - أو بشكل أكثر تحديدًا ، نوع الروابط التي تشكلها مع أيونات الكبريتات وجزيئات الماء المرتبطة بالنحاس.

تُظهر الإلكترونات ازدواجية موجة-جسيم ، مما يعني أن لها خصائص تشبه الموجة وخصائص تشبه الجسيمات. يوصف سلوك الإلكترون في الذرة بمعادلة تشبه الموجة تسمى دالة الموجة. يعطي مربع الدالة الموجية احتمال العثور على الإلكترون في أي نقطة معينة في أي وقت معين. تسمى الدوال الموجية للإلكترونات في الذرات أيضًا المدارات الذرية. يسمي الكيميائيون المدارات الذرية باستخدام رقم لتعيين مستوى طاقة المدار متبوعًا بحرف لتحديد نوع المدار. بالنسبة للعناصر الموجودة في الفترة الرابعة من الجدول الدوري أو أعلى ، ما عليك سوى التركيز على ثلاثة أنواع من المدارات ، وهي s و p و d. للتعرف على شكل هذه المدارات ، راجع الرابط في قسم الموارد.

فقد أيون النحاس الموجود في كبريتات النحاس (II) إلكترونين ، لذلك فهو يحتوي على +2 شحنة. لديها تسعة إلكترونات في أقصى مستوى للطاقة أو غلافها كل هذه الإلكترونات المسماة بإلكترونات التكافؤ تشغل مدارات ثلاثية الأبعاد. تنجذب جزيئات الماء وأيونات الكبريتات إلى الشحنة الموجبة على أيون النحاس ، لذلك تقترب منها وترتب حولها في شكل ثماني السطوح. وبالتالي ، فإن اثنين من المدارات الثلاثية الأبعاد الخمسة لأيون النحاس محاذاة على طول المحاور التي تقترب بها أيونات الكبريتات وجزيئات الماء ؛ نظرًا لأن الإلكترونات في هذه المدارات والإلكترونات في الجزيئات / الأيونات لها شحنة سالبة ، فإنها تتنافر. في النهاية ، إذن ، زاد اثنان من المدارات الثلاثية الأبعاد من الطاقة ؛ هذه تسمى على سبيل المثال المدارات. على النقيض من ذلك ، انخفضت الطاقة الثلاثة الأخرى وتسمى المدارات t2g.

سيتم امتصاص فوتون من الضوء بواسطة مجمع التنسيق إذا كانت لديه طاقة مكافئة لـ الفرق بين الحالة التي يشغلها الإلكترون الآن وطاقة حالة أخرى متاحة لها هو - هي. وبالتالي ، يمكن لمركب كبريتات النحاس أن يمتص فوتونات الضوء ذات الطاقات المكافئة للاختلاف في الطاقة بين t2g و على سبيل المثال المدارات. كما يحدث ، فإن الاختلاف في الطاقة لمركب كبريتات النحاس يعادل الفرق في الطاقة لفوتونات الضوء في المنطقة الحمراء البرتقالية من الطيف. نظرًا لامتصاص الضوء المحمر أثناء انتقال الضوء الأزرق ، تظهر كبريتات النحاس باللون الأزرق.

عندما تذوب كبريتات النحاس في الماء ، تنفصل أيونات النحاس والكبريتات. الآن أيون النحاس يشكل معقدًا ثماني السطوح حيث يحيط به ستة جزيئات من الماء. ومع ذلك ، لا يزال التأثير هو نفسه إلى حد كبير ، لأن الانقسام بين المدارات t2g والمدارات على سبيل المثال في هذا المجمع الجديد لا يزال مثل هذا الضوء البرتقالي المحمر يمتص وترى اللون الأزرق المحلول.