Som mange overgangsmetalkomplekser er kobber (II) sulfatpentahydrat farvestrålende; krystaller af dette smukke stof er en lys blå nuance. Dens farve stammer fra kemien og fysikken i dens sammensætning - eller mere specifikt den slags bindinger, den danner med sulfationerne og vandmolekylerne, der er bundet til kobberet.
Orbitaler
Elektroner udviser bølge-partikel dualitet, hvilket betyder at de både har bølgelignende egenskaber og partikellignende egenskaber. En elektrons opførsel i et atom er beskrevet af en bølgelignende ligning kaldet en bølgefunktion. Kvadratet af bølgefunktionen giver sandsynligheden for, at elektronen vil blive fundet på et bestemt punkt til enhver tid. Elektroners bølgefunktioner i atomer kaldes også atomorbitaler. Kemikere navngiver atomorbitaler ved at bruge et tal til at betegne orbitalens energiniveau efterfulgt af et bogstav til at betegne typen af orbital. For elementer i den fjerde periode i det periodiske system eller derover, behøver du kun at fokusere på tre typer orbitaler, nemlig s, p og d. For at få en fornemmelse af formen på disse orbitaler, se linket i ressourceafsnittet.
Opdeling af krystalfelt
Kobberionen i kobber (II) sulfat har mistet to elektroner, så den har en +2 ladning. Den har ni elektroner i sit yderste energiniveau eller skal; disse såkaldte valenselektroner besætter alle 3D-orbitaler. Vandmolekylerne og sulfationerne tiltrækkes af den positive ladning på kobberionen, så de nærmer sig den og arrangerer den i en oktaedrisk konfiguration. Derfor er to af kobberionens fem 3d-orbitaler justeret langs akserne, hvormed sulfationerne og vandmolekylerne nærmer sig; da elektronerne i disse orbitaler og elektronerne i molekylerne / ionerne begge har negativ ladning, afviser de hinanden. I sidste ende har to af de fem 3d-orbitaler øget energi; disse kaldes f.eks. orbitaler. De tre andre har derimod reduceret energi og kaldes t2g-orbitalerne.
Absorption af lys
En lysfoton absorberes af koordinationskomplekset, hvis den har en energi svarende til forskellen mellem den tilstand, en elektron nu indtager, og energien fra en anden tilstand, der er tilgængelig for det. Derfor kan kobbersulfatkomplekset absorbere lysfotoner med energier svarende til forskellen i energi mellem t2g og f.eks. Orbitaler. Når det sker, svarer forskellen i energi for kobbersulfatkomplekset til forskellen i energi for lysfotoner i det rød-orange område af spektret. Da rødligt lys absorberes, mens der sendes blåt lys, ser kobbersulfatet blåt ud.
Opløsning i vand
Når kobbersulfatet opløses i vand, adskiller kobber- og sulfationerne sig. Nu danner kobberionen et oktaedrisk kompleks, hvor det er omgivet af seks vandmolekyler. Effekten er dog stadig meget den samme, fordi fordelingen mellem t2g-orbitaler og f.eks. Orbitaler i dette nye kompleks er stadig sådan, at rød-orange lys absorberes, og du ser en blåfarvet opløsning.