La fel ca mulți complexe de metale de tranziție, sulfatul de cupru (II) pentahidrat este viu colorat; cristalele acestei substanțe frumoase sunt o nuanță palidă de albastru. Culoarea sa provine din chimia și fizica compoziției sale - sau, mai precis, din tipul de legături pe care le formează cu ionii de sulfat și moleculele de apă atașate la cupru.
Orbitali
Electronii prezintă dualitate undă-particulă, ceea ce înseamnă că au atât proprietăți asemănătoare undelor, cât și proprietăți asemănătoare particulelor. Comportamentul unui electron într-un atom este descris printr-o ecuație asemănătoare undelor numită funcție de undă. Pătratul funcției de undă oferă probabilitatea ca electronul să fie găsit într-un anumit punct la un moment dat. Funcțiile de undă ale electronilor din atomi se mai numesc orbitali atomici. Chimiștii denumesc orbitalii atomici folosind un număr pentru a desemna nivelul de energie al orbitalului urmat de o literă pentru a desemna tipul de orbital. Pentru elementele din a patra perioadă a tabelului periodic sau mai sus, trebuie să vă concentrați doar pe trei tipuri de orbitali, și anume, s, p și d. Pentru a obține o idee despre forma acestor orbitali, consultați linkul din secțiunea de resurse.
Împărțirea câmpului de cristal
Ionul de cupru din sulfatul de cupru (II) a pierdut doi electroni, deci are o încărcare de +2. Are nouă electroni în cel mai exterior nivel de energie sau înveliș; acești așa-numiți electroni de valență ocupă toți orbitalii 3d. Moleculele de apă și ionii sulfat sunt atrași de sarcina pozitivă a ionului de cupru, așa că se apropie de el și se aranjează în jurul său într-o configurație octaedrică. În consecință, doi dintre cei cinci orbitali 3d ai ionului de cupru se aliniază de-a lungul axelor prin care se apropie ionii de sulfat și moleculele de apă; întrucât electronii din acești orbitali și electronii din molecule / ioni au ambii sarcină negativă, se resping reciproc. În cele din urmă, atunci, doi dintre cei cinci orbitali 3d au crescut energia; acestea sunt numite de ex. orbitali. Celelalte trei, în schimb, au o energie scăzută și sunt numite orbitalii t2g.
Absorbția luminii
Un foton de lumină va fi absorbit de complexul de coordonare dacă are o energie echivalentă cu diferența dintre starea pe care o ocupă acum un electron și energia unui alt stat disponibil aceasta. În consecință, complexul de sulfat de cupru poate absorbi fotonii de lumină cu energii echivalente cu diferența de energie dintre t2g și, de exemplu, orbitali. După cum se întâmplă, diferența de energie pentru complexul de sulfat de cupru este echivalentă cu diferența de energie pentru fotonii de lumină din regiunea roșu-portocalie a spectrului. Deoarece lumina roșiatică este absorbită în timp ce lumina albastră este transmisă, sulfatul de cupru apare albastru.
Se dizolvă în apă
Când sulfatul de cupru se dizolvă în apă, ionii de cupru și sulfat se disociază. Acum ionul de cupru formează un complex octaedric unde este înconjurat de șase molecule de apă. Efectul este totuși foarte același, totuși, deoarece împărțirea între orbitalii t2g și, de exemplu, orbitalii în acest nou complex este încă astfel încât lumina roșiatică-portocalie este absorbită și vedeți o culoare albastră soluţie.