Miért kék a réz-szulfát?

Mint sok átmenetifém-komplex, a réz (II) -szulfát-pentahidrát élénk színű; ennek a gyönyörű anyagnak a kristályai a kék halvány árnyalata. Színe összetételének kémiájából és fizikájából ered - vagy pontosabban abból a fajta kötésből, amelyet a rézhez kapcsolódó szulfátionokkal és vízmolekulákkal alkot.

Az elektronok hullám-részecske kettősséget mutatnak, vagyis hullámszerű és részecskeszerű tulajdonságokkal rendelkeznek. Az elektron viselkedését egy atomban egy hullámszerű egyenlet írja le, amelyet hullámfüggvénynek nevezünk. A hullámfüggvény négyzete megadja annak valószínűségét, hogy az elektron egy adott pontban, adott időpontban megtalálható. Az atomok elektronjainak hullámfüggvényeit atompályáknak is nevezzük. A kémikusok az atompályákat úgy nevezik meg, hogy számmal jelölik a pálya energiaszintjét, majd egy betű jelzi a pálya típusát. A periódusos rendszer negyedik vagy annál magasabb periódusának elemei esetében csak háromféle pályára kell összpontosítania, nevezetesen s, p és d. Hogy megismerhesse ezeknek a pályáknak az alakját, tekintse meg az erőforrások szakaszban található linket.

A réz (II) -szulfátban lévő rézion két elektront veszített, ezért +2 töltése van. Kilenc elektron van a legkülső energiaszintjén vagy héjában; ezek az úgynevezett valens elektronok mind elfoglalják a 3d pályákat. A vízmolekulákat és a szulfátionokat vonzza a rézion pozitív töltése, ezért közelítenek hozzá, és oktaéderes konfigurációban helyezkednek el körülötte. Következésképpen a rézion öt 3d-s pályája közül kettő egybeesik azon tengelyek mentén, amelyeken keresztül a szulfátionok és a vízmolekulák közelednek; mivel ezeknek a pályáknak az elektronjainak és a molekulákban / ionokban lévő elektronoknak egyaránt negatív a töltésük, taszítják egymást. Végül az öt 3d pálya közül kettőnek megnövekedett az energiája; ezeket nevezzük pl. pályáknak. A másik háromnak ezzel szemben csökkent az energiája, és t2g pályáknak hívják őket.

A fény fotont elnyeli a koordinációs komplex, ha energiája egyenértékű a az elektron által elfoglalt állapot és egy másik állapot energiája között elérhető különbség azt. Következésképpen a réz-szulfát-komplex olyan fényenergiákkal képes elnyelni a fény fotonjait, amelyek egyenértékűek a t2g és például a pályák közötti energia-különbséggel. Amint előfordul, a réz-szulfát-komplex energiakülönbsége egyenértékű a fényfotonok energiájának különbségével a spektrum vörös-narancssárga régiójában. Mivel a vörös fény elnyelődik, miközben a kék fény átjut, a réz-szulfát kéknek tűnik.

Amikor a réz-szulfát vízben oldódik, a réz- és a szulfátionok disszociálnak. Most a rézion oktaéder komplexet képez, ahol hat vízmolekula veszi körül. A hatás azonban még mindig nagyjából ugyanaz, mert a t2g pályák és pl ebben az új komplexumban még mindig olyan, hogy a vöröses-narancssárga fény elnyelődik, és kék színt lát megoldás.