Як і багато комплексів перехідних металів, пентагідрат міді (II) сульфату яскраво забарвлений; кристали цієї прекрасної речовини мають блідо-блакитний відтінок. Його колір походить від хімії та фізики його складу - або, точніше, виду зв’язків, які він утворює із сульфат-іонами та молекулами води, прикріпленими до міді.
Орбіталі
Електрони виявляють подвійність хвильових частинок, тобто вони мають як хвилеподібні властивості, так і властивості частинок. Поведінка електрона в атомі описується хвилеподібним рівнянням, яке називається хвильовою функцією. Квадрат хвильової функції дає ймовірність того, що електрон буде знайдений у будь-якій конкретній точці в будь-який момент часу. Хвильові функції електронів в атомах також називають атомними орбіталями. Хіміки називають атомні орбіталі, використовуючи число для позначення енергетичного рівня орбіталі, за яким слідує буква для позначення типу орбіталі. Для елементів у четвертому періоді періодичної системи або вище потрібно зосередитись лише на трьох типах орбіталей, а саме s, p та d. Щоб зрозуміти форму цих орбіталей, див. Посилання в розділі ресурсів.
Розщеплення кристалічного поля
Іон міді в мідному (II) сульфаті втратив два електрони, тому він має +2 заряду. Він має дев'ять електронів у своєму зовнішньому енергетичному рівні або оболонці; ці так звані валентні електрони займають тривимірні орбіталі. Молекули води та сульфатні іони притягуються до позитивного заряду на іоні міді, тому вони наближаються до нього і розташовуються навколо нього в октаедричній конфігурації. Отже, дві з п'яти 3d-орбіталей іонів міді вирівнюються вздовж осей, за якими сульфат-іони і молекули води наближаються; оскільки електрони на цих орбіталях і електрони в молекулах / іонах мають негативний заряд, вони відштовхують один одного. Зрештою, тоді дві з п'яти тривимірних орбіталей збільшили енергію; їх називають, наприклад, орбіталями. Навпаки, три інші мають зменшену енергію і називаються орбіталями t2g.
Поглинання світла
Фотон світла буде поглинати координаційний комплекс, якщо він має енергію, еквівалентну різниця між станом, який зараз займає електрон, та енергією іншого стану, доступного для нього це. Отже, комплекс мідного купоросу може поглинати фотони світла з енергіями, еквівалентними різниці в енергії між t2g та, наприклад, орбіталями. Як це трапляється, різниця в енергії для комплексу сульфату міді еквівалентна різниці в енергії для фотонів світла в червоно-оранжевій області спектра. Оскільки червонувате світло поглинається при передачі синього світла, мідний купорос здається синім.
Розчинення у воді
Коли сульфат міді розчиняється у воді, іони міді та сульфату дисоціюють. Тепер іон міді утворює октаедричний комплекс, де його оточують шість молекул води. Однак ефект все ще залишається однаковим, оскільки розподіл між орбіталями t2g та, наприклад, орбіталями в цьому новому комплексі все ще є таке, що червоно-оранжеве світло поглинається, і ви бачите синій колір рішення.