Prečo je síran meďnatý modrý?

Rovnako ako mnoho komplexov prechodných kovov, aj pentahydrát síranu meďnatého je jasne sfarbený; kryštály tejto krásnej látky sú bledým odtieňom modrej. Jeho farba pochádza z chémie a fyziky jeho zloženia - alebo konkrétnejšie z druhu väzieb, ktoré vytvára so síranovými iónmi a molekulami vody pripojenými k medi.

Elektróny vykazujú dualitu vlnových častíc, čo znamená, že majú vlastnosti podobné vlnám aj vlastnosti podobné časticiam. Správanie elektrónu v atóme je opísané vlnovou rovnicou nazývanou vlnová funkcia. Druhá mocnina vlnovej funkcie dáva pravdepodobnosť, že sa elektrón nájde v ktoromkoľvek konkrétnom bode v ktoromkoľvek danom čase. Vlnové funkcie elektrónov v atómoch sa tiež nazývajú atómové orbitály. Chemici pomenovávajú atómové orbitaly číslom, ktoré označuje energetickú hladinu orbitálu, po ktorom nasleduje písmeno, ktoré označuje typ orbitálu. Pre prvky vo štvrtej perióde periodickej tabuľky alebo vyššej sa musíte zamerať iba na tri typy orbitalov, a to s, p a d. Ak chcete získať predstavu o tvare týchto orbitálov, kliknite na odkaz v sekcii zdroje.

Ión meďnatý v síranu meďnatom stratil dva elektróny, takže má náboj +2. Vo svojej najvzdialenejšej energetickej úrovni alebo obale má deväť elektrónov; všetky tieto takzvané valenčné elektróny obsadzujú 3d orbitaly. Molekuly vody a síranové ióny sú priťahované k kladnému náboju na ióne medi, takže sa k nemu priblížia a usporiadajú ho okolo v oktaedrickej konfigurácii. V dôsledku toho sa dva z piatich 3d orbitálov iónu medi vyrovnajú pozdĺž osí, ktorými sa blížia molekuly síranu a vody; pretože elektróny v týchto orbitáloch a elektróny v molekulách / iónoch majú negatívny náboj, navzájom sa odpudzujú. Nakoniec teda dva z piatich 3d orbitálov zvýšili energiu; tieto sa nazývajú napr. orbitály. Ostatné tri naopak majú zníženú energiu a nazývajú sa t2g orbitaly.

Fotón svetla bude absorbovaný koordinačným komplexom, ak má energiu ekvivalentnú k rozdiel medzi stavom, ktorý elektrón v súčasnosti zaberá, a energiou iného stavu, ktorá je k dispozícii to. V dôsledku toho môže komplex síranu meďnatého absorbovať fotóny svetla s energiami ekvivalentnými rozdielom v energii medzi t2g a napr. Orbitálmi. Ako sa stáva, rozdiel v energii pre komplex síranu meďnatého je ekvivalentný rozdielu v energii pre fotóny svetla v červeno-oranžovej oblasti spektra. Pretože červené svetlo je absorbované, zatiaľ čo modré svetlo je prepúšťané, síran meďnatý sa javí modrý.

Keď sa síran meďnatý rozpustí vo vode, ióny medi a síranu sa disociujú. Medený ión teraz vytvára oktaedrický komplex, kde je obklopený šiestimi molekulami vody. Účinok je však stále takmer rovnaký, pretože ide o rozdelenie medzi t2g orbitaly a napr. Orbitaly v tomto novom komplexe je stále také, že červeno-oranžové svetlo je absorbované a vy vidíte modro sfarbené Riešenie.