מדוע נחושת גופרתית כחולה?

כמו מתחמי מתכת מעבר רבים, נחושת (II) גופרית pentahydrate הוא צבעוני בהיר; גבישים של חומר יפה זה הם בגוון כחול חיוור. צבעו נובע מהכימיה והפיזיקה של הרכבו - או ליתר דיוק מסוג הקשרים שהוא יוצר עם יוני הסולפט ומולקולות המים המחוברות לנחושת.

אלקטרונים מציגים דואליות של חלקיקי גל, כלומר יש להם גם תכונות דמויי גל וגם תכונות דומות לחלקיקים. התנהגותו של אלקטרון באטום מתוארת על ידי משוואה דמוית גל הנקראת פונקציית גל. ריבוע פונקציית הגל נותן את ההסתברות שהאלקטרון יימצא בכל נקודה מסוימת ובכל זמן נתון. תפקודי הגל של אלקטרונים באטומים נקראים גם אורביטלים אטומיים. כימאים מכנים אורביטלים אטומיים באמצעות מספר כדי לייעד את רמת האנרגיה של המסלול ואחריו אות על מנת לייעד את סוג המסלול. עבור אלמנטים בתקופה הרביעית של הטבלה המחזורית ומעלה, אתה רק צריך להתמקד בשלושה סוגים של אורביטלים, כלומר, s, p ו- d. כדי לקבל תחושה של צורת האורביטלים הללו, עיין בקישור במקטע משאבים.

יון הנחושת בגופרית נחושת (II) איבד שני אלקטרונים, ולכן יש לו מטען +2. יש לו תשעה אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית ביותר או בקליפה; מה שנקרא אלקטרונים ערכיים אלה תופסים אורביטלים תלת-ממדיים. מולקולות המים ויוני הסולפט נמשכים למטען החיובי על יון הנחושת, ולכן הם מתקרבים אליו ומתארגנים סביבו בתצורה אוקטדראלית. כתוצאה מכך, שניים מחמשת המסלולים התלת-ממדיים של יון הנחושת מתיישרים לאורך הצירים שבאמצעותם מתקרבים יוני הסולפט ומולקולות המים; מכיוון שהאלקטרונים במסלולים אלה והאלקטרונים במולקולות / יונים שניהם בעלי מטען שלילי, הם דוחים זה את זה. בסופו של דבר, אם כן, שניים מתוך חמש מסלולי התלת-ממד הגדילו את האנרגיה; אלה נקראים אורביטלים למשל. לעומת זאת, שלושת האחרים ירדו באנרגיה ונקראים אורביטלי t2g.

פוטון של אור ייקלט במתחם התיאום אם יש לו אנרגיה שווה ערך ל- ההבדל בין המצב שתופס כיום אלקטרון לאנרגיה של מדינה אחרת העומדת לרשותה זה. כתוצאה מכך, קומפלקס הגופרית הנחושת יכול לספוג פוטונים של אור עם אנרגיות שוות ערך להפרש האנרגיה בין t2g לבין אורביטלים למשל. כשזה קורה, ההבדל באנרגיה עבור קומפלקס הנחושת הגופרית שווה ערך להפרש האנרגיה לפוטונים של אור באזור האדום-כתום של הספקטרום. מכיוון שאור אדמדם נספג בזמן שמעביר אור כחול, גופרת הנחושת נראית כחולה.

כאשר סולפט הנחושת מתמוסס במים, יוני הנחושת והגופרתי מתנתקים. כעת יון הנחושת יוצר קומפלקס אוקטדריאלי שבו הוא מוקף בשש מולקולות מים. ההשפעה עדיין זהה מאוד, אולם בגלל הפיצול בין אורביטלי t2g ובין למשל אורביטלים במתחם החדש הזה הוא עדיין כזה שאור אדום-כתום נספג ואתה רואה צבע כחול פִּתָרוֹן.