Como muitos complexos de metais de transição, o sulfato de cobre (II) penta-hidratado é colorido; os cristais dessa bela substância são de um tom pálido de azul. Sua cor deriva da química e da física de sua composição - ou, mais especificamente, do tipo de ligação que forma com os íons sulfato e moléculas de água ligadas ao cobre.
Orbitais
Os elétrons exibem dualidade onda-partícula, o que significa que eles têm propriedades de onda e de partícula. O comportamento de um elétron em um átomo é descrito por uma equação semelhante a uma onda chamada função de onda. O quadrado da função de onda dá a probabilidade de que o elétron seja encontrado em qualquer ponto específico em um determinado momento. As funções de onda dos elétrons nos átomos também são chamadas de orbitais atômicos. Os químicos nomeiam os orbitais atômicos usando um número para designar o nível de energia do orbital seguido por uma letra para designar o tipo de orbital. Para elementos no quarto período da tabela periódica ou acima, você só precisa se concentrar em três tipos de orbitais, a saber, s, p e d. Para ter uma ideia da forma desses orbitais, consulte o link na seção de recursos.
Divisão do Campo de Cristal
O íon cobre no sulfato de cobre (II) perdeu dois elétrons, então tem uma carga de +2. Ele tem nove elétrons em seu nível de energia ou camada mais externa; todos esses chamados elétrons de valência ocupam orbitais 3d. As moléculas de água e os íons sulfato são atraídos pela carga positiva do íon cobre, então eles se aproximam e se organizam ao redor em uma configuração octaédrica. Conseqüentemente, dois dos cinco orbitais 3d do íon cobre se alinham ao longo dos eixos pelos quais os íons sulfato e as moléculas de água se aproximam; como os elétrons nesses orbitais e os elétrons nas moléculas / íons têm carga negativa, eles se repelem. Em última análise, então, dois dos cinco orbitais 3d têm energia aumentada; estes são chamados de orbitais, por exemplo. Os outros três, ao contrário, têm energia reduzida e são chamados de orbitais t2g.
Absorção de Luz
Um fóton de luz será absorvido pelo complexo de coordenação se tiver uma energia equivalente ao diferença entre o estado que um elétron ocupa agora e a energia de outro estado disponível para isto. Consequentemente, o complexo de sulfato de cobre pode absorver fótons de luz com energias equivalentes à diferença de energia entre t2g e, por exemplo, orbitais. Acontece que a diferença de energia para o complexo de sulfato de cobre é equivalente à diferença de energia para os fótons de luz na região vermelho-laranja do espectro. Como a luz avermelhada é absorvida enquanto a luz azul é transmitida, o sulfato de cobre parece azul.
Dissolvendo em Água
Quando o sulfato de cobre se dissolve na água, os íons cobre e sulfato se dissociam. Agora, o íon cobre forma um complexo octaédrico onde é rodeado por seis moléculas de água. O efeito ainda é o mesmo, no entanto, porque a divisão entre os orbitais t2g e, por exemplo, os orbitais neste novo complexo ainda é tal que a luz laranja-avermelhada é absorvida e você vê um solução.