Γιατί είναι το μπλε του θειικού χαλκού;

Όπως πολλά σύμπλοκα μετάλλων μετάβασης, ο πενταένυδρος θειικός χαλκός (II) έχει έντονα χρώματα. οι κρύσταλλοι αυτής της όμορφης ουσίας είναι μια απαλή απόχρωση του μπλε. Το χρώμα του προέρχεται από τη χημεία και τη φυσική της σύνθεσής της - ή, πιο συγκεκριμένα, το είδος των δεσμών που σχηματίζει με τα θειικά ιόντα και τα μόρια του νερού που συνδέονται με τον χαλκό.

Τα ηλεκτρόνια εμφανίζουν δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων, που σημαίνει ότι έχουν τόσο κυματοειδείς ιδιότητες όσο και σωματιδιακές ιδιότητες. Η συμπεριφορά ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο περιγράφεται από μια εξίσωση που μοιάζει με κύμα που ονομάζεται λειτουργία κύματος. Το τετράγωνο της κυματοσύνθεσης δίνει την πιθανότητα ότι το ηλεκτρόνιο θα βρεθεί σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο σημείο σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή. Οι κυματολειτουργίες των ηλεκτρονίων στα άτομα ονομάζονται επίσης ατομικά τροχιακά. Οι χημικοί ονομάζουν ατομικά τροχιακά χρησιμοποιώντας έναν αριθμό για να προσδιορίσουν το ενεργειακό επίπεδο του τροχιακού ακολουθούμενο από ένα γράμμα για τον προσδιορισμό του τύπου της τροχιακής. Για στοιχεία στην τέταρτη περίοδο του περιοδικού πίνακα ή παραπάνω, πρέπει να εστιάσετε μόνο σε τρεις τύπους τροχιακών, δηλαδή, s, p και d. Για να αποκτήσετε μια αίσθηση για το σχήμα αυτών των τροχιακών, ανατρέξτε στον σύνδεσμο στην ενότητα πόρων.

Το ιόν χαλκού σε θειικό χαλκό (II) έχει χάσει δύο ηλεκτρόνια, οπότε έχει φορτίο +2. Έχει εννέα ηλεκτρόνια στο εξόχως επίπεδο ενέργειας ή κέλυφος. Αυτά τα λεγόμενα ηλεκτρόνια σθένους καταλαμβάνουν όλα τρισδιάστατα τροχιακά. Τα μόρια του νερού και τα θειικά ιόντα έλκονται από το θετικό φορτίο του ιόντος χαλκού, οπότε το πλησιάζουν και τακτοποιούνται γύρω από αυτό σε οκταεδρικό σχήμα. Κατά συνέπεια, δύο από τα πέντε τρισδιάστατα τροχιακά ιόντων χαλκού ευθυγραμμίζονται κατά μήκος των αξόνων με τους οποίους πλησιάζουν τα θειικά ιόντα και τα μόρια νερού. δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια σε αυτά τα τροχιακά και τα ηλεκτρόνια στα μόρια / ιόντα έχουν αμφότερα αρνητικό φορτίο, απωθούν μεταξύ τους. Τελικά, δύο από τα πέντε τρισδιάστατα τροχιακά έχουν αυξημένη ενέργεια. Αυτά ονομάζονται π.χ. τροχιακά. Τα άλλα τρία, αντίθετα, έχουν μειωμένη ενέργεια και ονομάζονται τροχιακά t2g.

Ένα φωτόνιο του φωτός θα απορροφηθεί από το σύμπλεγμα συντονισμού εάν έχει ενέργεια ισοδύναμη με το διαφορά μεταξύ της κατάστασης που καταλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο και της ενέργειας μιας άλλης κατάστασης που διατίθεται το. Κατά συνέπεια, το σύμπλοκο θειικού χαλκού μπορεί να απορροφήσει φωτόνια φωτός με ενέργειες ισοδύναμες με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ t2g και π.χ. τροχιακών. Όπως συμβαίνει, η διαφορά ενέργειας για το σύμπλοκο θειικού χαλκού είναι ισοδύναμη με τη διαφορά ενέργειας για φωτόνια φωτός στην ερυθρό-πορτοκαλί περιοχή του φάσματος. Δεδομένου ότι το κοκκινωπό φως απορροφάται ενώ μεταδίδεται μπλε φως, το θειικό χαλκό εμφανίζεται μπλε.

Όταν το θειικό χαλκό διαλύεται σε νερό, τα ιόντα χαλκού και θειικού διαλύονται. Τώρα το ιόν χαλκού σχηματίζει ένα οκταεδρικό σύμπλεγμα όπου περιβάλλεται από έξι μόρια νερού. Το αποτέλεσμα εξακολουθεί να είναι το ίδιο, ωστόσο, επειδή ο διαχωρισμός μεταξύ t2g τροχιακών και π.χ. τροχιακών σε αυτό το νέο συγκρότημα είναι ακόμα τέτοιο που απορροφά το κοκκινωπό πορτοκαλί φως και βλέπετε ένα μπλε χρώμα λύση.