Zakaj je baker sulfat modra?

Kot mnogi kompleksi prehodnih kovin je tudi bakrov (II) sulfat pentahidrat svetle barve; kristali te čudovite snovi so bledo modre barve. Njegova barva izvira iz kemije in fizike njegove sestave - ali natančneje, iz vezi, ki jo tvorijo s sulfatnimi ioni in molekulami vode, pritrjenimi na baker.

Elektroni kažejo dvojnost valovnih delcev, kar pomeni, da imajo tako valovne lastnosti kot lastnosti delcev. Obnašanje elektrona v atomu opisuje valovita enačba, imenovana valovna funkcija. Kvadrat valovne funkcije daje verjetnost, da bomo našli elektron v kateri koli določeni točki v danem trenutku. Valovne funkcije elektronov v atomih imenujemo tudi atomske orbitale. Kemiki imenujejo atomske orbitale tako, da s številko označijo raven energije orbitale, čemur sledi črka, ki označuje vrsto orbitale. Za elemente v četrtem obdobju periodnega sistema ali zgoraj se morate osredotočiti le na tri vrste orbital, in sicer s, p in d. Če si želite ogledati obliko teh orbital, glejte povezavo v razdelku z viri.

Bakrov ion v bakrovem (II) sulfatu je izgubil dva elektrona, zato ima +2 naboj. Ima devet elektronov v najbolj oddaljeni energijski ravni ali lupini; vsi ti tako imenovani valentni elektroni zasedajo 3d orbitale. Molekule vode in sulfatne ione privlači pozitiven naboj na bakrenem ionu, zato se mu približajo in razporejajo okoli njega v oktaedrski konfiguraciji. Posledično se dve od petih 3d orbital bakrovih ionov poravnata vzdolž osi, po kateri se približujejo sulfatni ioni in molekule vode; ker imajo elektroni v teh orbitalah in elektroni v molekulah / ionih negativni naboj, se medsebojno odbijajo. Konec koncev sta potem dve od petih 3d orbital povečali energijo; ti se imenujejo npr. orbitale. Preostali trije imajo nasprotno zmanjšano energijo in se imenujejo t2g orbitale.

Foton svetlobe bo absorbiral koordinacijski kompleks, če ima energijo, ki je enakovredna energiji razlika med stanjem, ki ga danes zaseda elektron, in energijo drugega stanja, ki mu je na voljo to. Posledično lahko kompleks bakrovega sulfata absorbira fotone svetlobe z energijami, enakovrednimi razliki v energiji med t2g in npr. Orbitalami. Razlika v energiji kompleksa bakrovega sulfata je enakovredna razliki v energiji fotonov svetlobe v rdeče-oranžni regiji spektra. Ker se rdečkasta svetloba absorbira, medtem ko se prenaša modra svetloba, je bakrov sulfat videti modro.

Ko se bakrov sulfat raztopi v vodi, se bakreni in sulfatni ioni ločijo. Zdaj bakrov ion tvori oktaedrski kompleks, kjer ga obdaja šest molekul vode. Učinek pa je še vedno zelo enak, ker je razcep med t2g orbitalami in npr. Orbitalami v tem novem kompleksu je še vedno tako, da se absorbira rdeče-oranžna svetloba in vidite modro obarvano rešitev.