ทำไมคอปเปอร์ซัลเฟตถึงเป็นสีน้ำเงิน?

เช่นเดียวกับสารเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันอื่นๆ คอปเปอร์ (II) ซัลเฟตเพนทาไฮเดรตมีสีสดใส ผลึกของสารที่สวยงามนี้เป็นเฉดสีฟ้าอ่อน สีของมันเกิดจากเคมีและฟิสิกส์ขององค์ประกอบของมัน หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชนิดของพันธะที่มันก่อตัวขึ้นด้วยซัลเฟตไอออนและโมเลกุลของน้ำที่ติดอยู่กับทองแดง

อิเล็กตรอนแสดงความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น ซึ่งหมายความว่าทั้งสองมีคุณสมบัติคล้ายคลื่นและมีคุณสมบัติคล้ายอนุภาค พฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอมอธิบายโดยสมการคล้ายคลื่นที่เรียกว่าฟังก์ชันคลื่น กำลังสองของฟังก์ชันคลื่นให้ความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอน ณ จุดใดจุดหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่งๆ ฟังก์ชั่นคลื่นของอิเล็กตรอนในอะตอมเรียกอีกอย่างว่าออร์บิทัลของอะตอม นักเคมีตั้งชื่อออร์บิทัลของอะตอมโดยใช้ตัวเลขเพื่อกำหนดระดับพลังงานของออร์บิทัล ตามด้วยตัวอักษรเพื่อกำหนดประเภทของออร์บิทัล สำหรับองค์ประกอบในช่วงที่สี่ของตารางธาตุหรือสูงกว่านั้น คุณจะต้องเน้นที่ออร์บิทัลสามประเภทเท่านั้น คือ s, p และ d หากต้องการทราบรูปร่างของออร์บิทัลเหล่านี้ โปรดดูที่ลิงก์ในส่วนแหล่งข้อมูล

คอปเปอร์ไอออนในคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตสูญเสียอิเล็กตรอนไป 2 ตัว จึงมีประจุ +2 มีอิเล็กตรอนเก้าตัวในระดับพลังงานหรือเปลือกนอกสุด วาเลนซ์อิเล็กตรอนที่เรียกว่าเหล่านี้ล้วนครอบครองออร์บิทัล 3 มิติ โมเลกุลของน้ำและซัลเฟตไอออนจะถูกดึงดูดไปยังประจุบวกบนไอออนของทองแดง ดังนั้นพวกมันจึงเข้าใกล้และจัดเรียงรอบๆ ในลักษณะรูปแปดด้าน ดังนั้น ออร์บิทัล 3 มิติทั้ง 5 ของไอออนทองแดง 2 ใน 5 ออร์บิทัลจะเรียงตัวกันตามแนวแกนที่ซัลเฟตไอออนและโมเลกุลของน้ำเข้าใกล้ เนื่องจากอิเล็กตรอนในออร์บิทัลเหล่านี้และอิเล็กตรอนในโมเลกุล/ไอออนต่างก็มีประจุลบ พวกมันจึงผลักกัน ในท้ายที่สุด ออร์บิทัล 3 มิติสองในห้าออร์บิทัลมีพลังงานเพิ่มขึ้น สิ่งเหล่านี้เรียกว่าออร์บิทัล ในทางตรงกันข้าม อีกสามคนมีพลังงานลดลงและเรียกว่าออร์บิทัล t2g

โฟตอนของแสงจะถูกดูดซับโดยคอมเพล็กซ์การประสานงานหากมีพลังงานเทียบเท่ากับ ความแตกต่างระหว่างสถานะที่อิเล็กตรอนครอบครองอยู่ในขณะนี้กับพลังงานของสถานะอื่นที่มีให้ มัน. ดังนั้นคอปเปอร์ซัลเฟตคอมเพล็กซ์สามารถดูดซับโฟตอนของแสงด้วยพลังงานเทียบเท่ากับความแตกต่างของพลังงานระหว่าง t2g และเช่นออร์บิทัล เมื่อมันเกิดขึ้น ความแตกต่างของพลังงานสำหรับคอปเปอร์ซัลเฟตคอมเพล็กซ์จะเทียบเท่ากับความแตกต่างของพลังงานสำหรับโฟตอนของแสงในพื้นที่สีแดงส้มของสเปกตรัม เนื่องจากแสงสีแดงถูกดูดกลืนในขณะที่แสงสีน้ำเงินส่งผ่าน คอปเปอร์ซัลเฟตจึงปรากฏเป็นสีน้ำเงิน

เมื่อคอปเปอร์ซัลเฟตละลายในน้ำ ไอออนของคอปเปอร์และซัลเฟตจะแยกตัวออกจากกัน ตอนนี้ไอออนของทองแดงสร้างสารเชิงซ้อนแปดด้านที่ล้อมรอบด้วยน้ำหกโมเลกุล ผลกระทบยังคงเหมือนเดิมมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการแยกระหว่าง t2g orbitals และ e กรัม orbitals ในคอมเพล็กซ์ใหม่นี้ยังคงดูดกลืนแสงสีส้มแดงและเห็นเป็นสีน้ำเงิน สารละลาย.