硫酸銅が青いのはなぜですか？

多くの遷移金属錯体と同様に、硫酸銅（II）五水和物は鮮やかに着色されています。 この美しい物質の結晶は淡い青の色合いです。 その色は、その組成の化学的性質と物理学、より具体的には、銅に結合した硫酸イオンと水分子との結合の種類に由来します。

電子は波動粒子の二重性を示します。つまり、電子は波動のような特性と粒子のような特性の両方を持っています。 原子内の電子の振る舞いは、波動関数と呼ばれる波のような方程式で表されます。 波動関数の2乗は、電子が特定の時点で特定の時点で見つかる確率を示します。 原子内の電子の波動関数は、原子軌道とも呼ばれます。 化学者は、軌道のエネルギーレベルを示す数字と、それに続く軌道のタイプを示す文字を使用して、原子軌道に名前を付けます。 周期表の第4周期以上の元素の場合、s、p、dの3種類の軌道に注目するだけで済みます。 これらの軌道の形状の感触をつかむには、リソースセクションのリンクを参照してください。

硫酸銅（II）の銅イオンは2つの電子を失ったため、+ 2の電荷を持っています。 それはその最も外側のエネルギー準位または殻に9つの電子を持っています。 これらのいわゆる価電子はすべて3d軌道を占めます。 水分子と硫酸イオンは銅イオンの正電荷に引き付けられるため、銅イオンに近づき、八面体構造でその周りに配置されます。 その結果、銅イオンの5つの3d軌道のうち2つは、硫酸イオンと水分子が接近する軸に沿って整列します。 これらの軌道の電子と分子/イオンの電子は両方とも負の電荷を持っているので、それらは互いに反発します。 最終的に、5つの3D軌道のうち2つがエネルギーを増加させました。 これらは例えば軌道と呼ばれます。 対照的に、他の3つはエネルギーが減少しており、t2g軌道と呼ばれます。

光の光子は、それがと同等のエネルギーを持っている場合、配位錯体によって吸収されます 電子が現在占有している状態と、利用可能な別の状態のエネルギーとの差 それ。 その結果、硫酸銅錯体は、t2gと軌道などのエネルギーの差に等しいエネルギーで光の光子を吸収することができます。 たまたま、硫酸銅錯体のエネルギーの違いは、スペクトルの赤オレンジ領域の光の光子のエネルギーの違いに相当します。 青色光を透過しながら赤みがかった光を吸収するため、硫酸銅は青色に見えます。

硫酸銅が水に溶解すると、銅イオンと硫酸イオンが解離します。 現在、銅イオンは八面体複合体を形成し、6分子の水に囲まれています。 ただし、t2g軌道とたとえば軌道の間で分割されるため、効果はほとんど同じです。 この新しい複合施設では、赤みがかったオレンジ色の光が吸収され、青色が表示されます。 解決。