Как и многие комплексы переходных металлов, пентагидрат сульфата меди (II) ярко окрашен; кристаллы этого прекрасного вещества имеют бледно-голубой оттенок. Его цвет проистекает из химии и физики его состава - или, более конкретно, типа связей, которые он образует с ионами сульфата и молекулами воды, прикрепленными к меди.
Орбитали
Электроны демонстрируют дуальность волна-частица, что означает, что они обладают как волнообразными, так и частицеобразными свойствами. Поведение электрона в атоме описывается волновым уравнением, называемым волновой функцией. Квадрат волновой функции дает вероятность того, что электрон будет обнаружен в любой конкретной точке в любой момент времени. Волновые функции электронов в атомах также называют атомными орбиталями. Химики называют атомные орбитали, используя число для обозначения энергетического уровня орбитали, за которым следует буква, обозначающая тип орбитали. Для элементов в четвертом периоде периодической таблицы или выше вам нужно сосредоточиться только на трех типах орбиталей, а именно, s, p и d. Чтобы получить представление о форме этих орбиталей, см. Ссылку в разделе ресурсов.
Расщепление кристаллического поля
Ион меди в сульфате меди (II) потерял два электрона, поэтому имеет заряд +2. Он имеет девять электронов на внешнем энергетическом уровне или оболочке; все эти так называемые валентные электроны занимают 3d-орбитали. Молекулы воды и сульфат-ионы притягиваются к положительному заряду иона меди, поэтому они приближаются к нему и располагаются вокруг него в октаэдрической конфигурации. Следовательно, две из пяти 3d-орбиталей иона меди выстраиваются вдоль осей, по которым приближаются ионы сульфата и молекулы воды; поскольку электроны на этих орбиталях и электроны в молекулах / ионах имеют отрицательный заряд, они отталкиваются друг от друга. Таким образом, в конечном итоге две из пяти трехмерных орбиталей имеют повышенную энергию; они называются например орбиталями. Остальные три, напротив, имеют пониженную энергию и называются t2g-орбиталями.
Поглощение света
Фотон света будет поглощен координационным комплексом, если его энергия эквивалентна энергии разница между состоянием, в котором сейчас находится электрон, и энергией другого состояния, доступного для Это. Следовательно, комплекс сульфата меди может поглощать фотоны света с энергиями, эквивалентными разнице в энергии между t2g и, например, орбиталями. Как это бывает, разница в энергии для комплекса сульфата меди эквивалентна разнице в энергии для фотонов света в красно-оранжевой области спектра. Поскольку красноватый свет поглощается, а синий свет передается, сульфат меди кажется синим.
Растворяется в воде
Когда сульфат меди растворяется в воде, ионы меди и сульфата диссоциируют. Теперь ион меди образует октаэдрический комплекс, окруженный шестью молекулами воды. Однако эффект остается почти таким же, потому что разделение между орбиталями t2g и, например, орбиталями в этом новом комплексе все еще таково, что красновато-оранжевый свет поглощается, и вы видите синий цвет. решение.