Mengapa Tembaga Sulfat Biru?

Seperti banyak kompleks logam transisi, tembaga (II) sulfat pentahidrat berwarna cerah; kristal dari zat yang indah ini berwarna biru pucat. Warnanya berasal dari kimia dan fisika komposisinya -- atau, lebih khusus lagi, jenis ikatan yang terbentuk dengan ion sulfat dan molekul air yang terikat pada tembaga.

Elektron menunjukkan dualitas gelombang-partikel, yang berarti mereka memiliki sifat seperti gelombang dan sifat seperti partikel. Perilaku elektron dalam atom dijelaskan oleh persamaan seperti gelombang yang disebut fungsi gelombang. Kuadrat fungsi gelombang memberikan probabilitas bahwa elektron akan ditemukan pada satu titik tertentu pada satu waktu tertentu. Fungsi gelombang elektron dalam atom disebut juga orbital atom. Ahli kimia memberi nama orbital atom dengan menggunakan angka untuk menunjukkan tingkat energi orbital diikuti dengan huruf untuk menunjukkan jenis orbital. Untuk unsur-unsur pada periode keempat dari tabel periodik atau di atas, Anda hanya perlu fokus pada tiga jenis orbital, yaitu s, p dan d. Untuk merasakan bentuk orbital ini, lihat tautan di bagian sumber daya.

Ion tembaga dalam tembaga (II) sulfat telah kehilangan dua elektron, sehingga memiliki muatan +2. Ia memiliki sembilan elektron di tingkat energi atau kulit terluarnya; yang disebut elektron valensi ini semuanya menempati orbital 3d. Molekul air dan ion sulfat tertarik ke muatan positif pada ion tembaga, sehingga mereka mendekatinya dan mengatur sekelilingnya dalam konfigurasi oktahedral. Akibatnya, dua dari lima orbital 3d ion tembaga sejajar di sepanjang sumbu di mana ion sulfat dan molekul air mendekat; karena elektron dalam orbital ini dan elektron dalam molekul/ion keduanya bermuatan negatif, mereka saling tolak. Akhirnya, dua dari lima orbital 3d mengalami peningkatan energi; ini disebut orbital eg. Tiga lainnya, sebaliknya, mengalami penurunan energi dan disebut orbital t2g.

Sebuah foton cahaya akan diserap oleh kompleks koordinasi jika memiliki energi yang setara dengan perbedaan antara keadaan yang ditempati elektron sekarang dan energi keadaan lain yang tersedia untuk saya t. Akibatnya, kompleks tembaga sulfat dapat menyerap foton cahaya dengan energi yang setara dengan perbedaan energi antara orbital t2g dan eg. Seperti yang terjadi, perbedaan energi untuk kompleks tembaga sulfat setara dengan perbedaan energi untuk foton cahaya di wilayah spektrum merah-oranye. Karena cahaya kemerahan diserap sementara cahaya biru ditransmisikan, tembaga sulfat tampak biru.

Ketika tembaga sulfat larut dalam air, ion tembaga dan sulfat terdisosiasi. Sekarang ion tembaga membentuk kompleks oktahedral yang dikelilingi oleh enam molekul air. Namun, efeknya masih sangat sama, karena pemisahan antara orbital t2g dan orbital eg di kompleks baru ini masih sedemikian rupa sehingga cahaya oranye kemerahan diserap dan Anda melihat warna biru blue larutan.