Liksom många övergångsmetallkomplex är koppar (II) sulfatpentahydrat färgglada; kristaller av denna vackra substans är en blek nyans av blått. Färgen härrör från kemi och fysik i dess sammansättning - eller närmare bestämt den typ av bindningar som den bildar med sulfatjoner och vattenmolekyler fästa vid koppar.
Kopparsulfatpentahydrat har en vacker genomskinlig blå färg.Orbitaler
Elektroner uppvisar vågpartikeldualitet, vilket betyder att de har både vågliknande egenskaper och partikelliknande egenskaper. En elektrons beteende i en atom beskrivs av en vågliknande ekvation som kallas en vågfunktion. Vågfunktionens kvadrat ger sannolikheten att elektronen kommer att hittas vid en viss punkt vid en viss tidpunkt. Vågfunktionerna hos elektroner i atomer kallas också atomiska orbitaler. Kemister namnger atomiska orbitaler genom att använda ett nummer för att beteckna orbitalens energinivå följt av en bokstav för att beteckna typen av omloppsbana. För element i den fjärde perioden i det periodiska systemet eller ovan behöver du bara fokusera på tre typer av orbitaler, nämligen s, p och d. För att få en känsla av formen på dessa orbitaler, se länken i resursavsnittet.
Crystal Field Splitting
Kopparjonen i koppar (II) sulfat har förlorat två elektroner, så den har en +2-laddning. Den har nio elektroner i sin yttersta energinivå eller skal; dessa så kallade valenselektroner upptar alla 3d-orbitaler. Vattenmolekylerna och sulfatjonerna lockas till den positiva laddningen på kopparjonen, så att de närmar sig den och ordnar runt den i en oktaedrisk konfiguration. Följaktligen anordnas två av kopparjonens fem 3d orbitaler längs axlarna med vilka sulfatjonerna och vattenmolekylerna närmar sig; eftersom elektronerna i dessa orbitaler och elektronerna i molekylerna / jonerna båda har negativ laddning, avvisar de varandra. I slutändan har två av de fem 3d orbitalerna ökat energi; dessa kallas t.ex. orbitaler. De andra tre har däremot minskat energi och kallas t2g-orbitalerna.
Absorption av ljus
En ljusfoton absorberas av koordinationskomplexet om den har en energi som är ekvivalent med skillnaden mellan tillståndet en elektron nu upptar och energin i ett annat tillstånd tillgängligt för det. Följaktligen kan kopparsulfatkomplexet absorbera fotoner av ljus med energier motsvarande skillnaden i energi mellan t2g och t.ex. orbitaler. När det händer är skillnaden i energi för kopparsulfatkomplexet ekvivalent med skillnaden i energi för fotoner av ljus i den rödorange regionen i spektrumet. Eftersom rött ljus absorberas medan blått ljus överförs, verkar kopparsulfat blått.
Lösa i vatten
När kopparsulfat upplöses i vatten, kopplas koppar- och sulfatjonerna. Nu bildar kopparjonen ett oktaedrisk komplex där det är omgivet av sex vattenmolekyler. Effekten är fortfarande väldigt densamma, emellertid eftersom splittringen mellan t2g orbitaler och t.ex. orbitaler i detta nya komplex fortfarande är sådan att rödorange ljus absorberas och du ser en blåfärgad lösning.
