Kāpēc vara sulfāta zils?

Tāpat kā daudzi pārejas metālu kompleksi, vara (II) sulfāta pentahidrāts ir spilgtas krāsas; šīs skaistās vielas kristāli ir gaiši zilā nokrāsa. Tās krāsa izriet no tā sastāva ķīmijas un fizikas - vai, konkrētāk, no saites veida, ko tā veido ar sulfāta joniem un ūdens molekulām, kas piestiprinātas pie vara.

Elektroniem piemīt viļņu-daļiņu dualitāte, kas nozīmē, ka tiem piemīt gan viļņiem līdzīgas, gan daļiņām līdzīgas īpašības. Elektrona uzvedību atomā raksturo viļņveidīgs vienādojums, ko sauc par viļņu funkciju. Viļņu funkcijas kvadrāts dod varbūtību, ka elektrons tiks atrasts jebkurā noteiktā brīdī un noteiktā laikā. Elektronu viļņu funkcijas atomos sauc arī par atomu orbitālēm. Ķīmiķi nosauc atomu orbitāles, izmantojot skaitli, lai apzīmētu orbītas enerģijas līmeni, kam seko burts, lai apzīmētu orbitāles tipu. Elementiem periodiskās tabulas ceturtajā periodā vai augstāk jums ir jākoncentrējas tikai uz trim orbitāļu veidiem, proti, s, p un d. Lai sajustu šo orbitāļu formu, skatiet saiti resursu sadaļā.

Vara (II) sulfātā esošais vara jons ir zaudējis divus elektronus, tāpēc tam ir +2 lādiņš. Tā visattālākajā enerģijas līmenī vai apvalkā ir deviņi elektroni; šie tā sauktie valences elektroni visi aizņem 3d orbitāles. Ūdens molekulas un sulfāta jonus piesaista vara jonu pozitīvais lādiņš, tāpēc tie tam tuvojas un izvietojas ap to oktaedrālā konfigurācijā. Līdz ar to divas no vara jonu piecām 3d orbitālēm izlīdzinās pa asīm, pa kurām tuvojas sulfāta joni un ūdens molekulas; tā kā elektroniem šajās orbitālēs un elektroniem molekulās / jonos abiem ir negatīvs lādiņš, tie viens otru atgrūž. Galu galā divas no piecām 3d orbitālēm ir palielinājušas enerģiju; tās sauc par, piemēram, orbitālēm. Savukārt pārējiem trim ir samazinājusies enerģija, un tos sauc par t2g orbitālēm.

Gaismas fotonu absorbēs koordinācijas komplekss, ja tam būs enerģijas ekvivalents atšķirība starp stāvokli, kuru tagad aizņem elektrons, un cita pieejamā enerģijas enerģiju to. Līdz ar to vara sulfāta komplekss var absorbēt gaismas fotonus ar enerģijām, kas līdzvērtīgas enerģijas atšķirībai starp t2g un, piemēram, orbitālēm. Kā tas notiek, vara sulfāta kompleksa enerģijas atšķirība ir līdzvērtīga gaismas fotonu enerģijas atšķirībai spektra sarkanoranžajā apgabalā. Tā kā sarkanā gaisma tiek absorbēta, kamēr tiek pārraidīta zila gaisma, vara sulfāts šķiet zils.

Kad vara sulfāts izšķīst ūdenī, vara un sulfāta joni disociējas. Tagad vara jons veido oktaedrisku kompleksu, kur to ieskauj sešas ūdens molekulas. Efekts tomēr joprojām ir ļoti vienāds, jo sadalījums starp t2g orbitālēm un, piemēram, orbitālēm šajā jaunajā kompleksā joprojām ir tāda krāsa, ka absorbējas sarkanīgi oranža gaisma, un jūs redzat zilu krāsu risinājums.