Proč je síran měďnatý modrý?

Jako mnoho komplexů přechodných kovů je pentahydrát síranu měďnatého jasně zbarvený; krystaly této krásné látky mají bledý odstín modré. Jeho barva vychází z chemie a fyziky jeho složení - nebo konkrétněji z druhu vazeb, které vytváří s ionty síranu a molekulami vody připojenými k mědi.

Elektrony vykazují dualitu vln-částice, což znamená, že mají jak vlastnosti podobné vlnám, tak vlastnosti podobné částicím. Chování elektronu v atomu je popsáno vlnovou rovnicí zvanou vlnová funkce. Čtverec vlnové funkce dává pravděpodobnost, že elektron bude nalezen v kterémkoli konkrétním bodě v kterémkoli daném čase. Vlnové funkce elektronů v atomech se také nazývají atomové orbitaly. Chemici pojmenovávají atomové orbitaly pomocí čísla k označení energetické úrovně orbitálu, následovaného písmenem k označení typu orbitalu. U prvků ve čtvrtém období periodické tabulky nebo výše se musíte zaměřit pouze na tři typy orbitalů, jmenovitě s, p a d. Chcete-li získat představu o tvaru těchto orbitalů, podívejte se na odkaz v části zdroje.

Ion mědi v síranu měďnatém ztratil dva elektrony, takže má náboj +2. Ve své nejvzdálenější energetické úrovni nebo obalu má devět elektronů; všechny tyto takzvané valenční elektrony zaujímají 3d orbitaly. Molekuly vody a síranové ionty jsou přitahovány ke kladnému náboji na iontu mědi, takže se k němu přiblíží a uspořádají jej v oktaedrické konfiguraci. V důsledku toho se dva z pěti 3d orbitálů iontu mědi vyrovnají podél os, kterými se blíží ionty síranu a molekuly vody; protože elektrony v těchto orbitálech a elektrony v molekulách / iontech mají záporný náboj, navzájem se odpuzují. Nakonec tedy dva z pěti 3d orbitalů zvýšily energii; tito se nazývají např. orbitály. Ostatní tři mají naopak sníženou energii a nazývají se t2g orbitaly.

Foton světla bude absorbován koordinačním komplexem, pokud má energii ekvivalentní k rozdíl mezi stavem, který elektron nyní zaujímá, a energií jiného stavu, kterou má k dispozici to. Komplex síranu měďnatého tedy může absorbovat fotony světla s energiemi ekvivalentními rozdílu energií mezi t2g a např. Orbitály. Jak se to stane, rozdíl v energii pro komplex síranu měďnatého je ekvivalentní rozdílu v energii pro fotony světla v červeno-oranžové oblasti spektra. Vzhledem k tomu, že červené světlo je absorbováno, zatímco je přenášeno modré světlo, je síran měďnatý modrý.

Když se síran měďnatý rozpouští ve vodě, ionty mědi a síranu se disociují. Nyní měděný iont tvoří oktaedrický komplex, kde je obklopen šesti molekulami vody. Efekt je však stále velmi stejný, protože rozdělení mezi t2g orbitaly a např. Orbitaly v tomto novém komplexu je stále takové, že červeno-oranžové světlo je absorbováno a vy vidíte modře zbarvené řešení.