Liksom många övergångsmetallkomplex är koppar(II)sulfatpentahydrat ljust färgat; Kristaller av denna vackra substans är en blek nyans av blått. Dess färg härrör från kemin och fysiken i dess sammansättning – eller, mer specifikt, den typ av bindningar den bildar med sulfatjonerna och vattenmolekylerna fästa vid kopparn.
Orbitaler
Elektroner uppvisar våg-partikeldualitet, vilket betyder de har både vågliknande egenskaper och partikelliknande egenskaper. Beteendet hos en elektron 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 given tidpunkt. Vågfunktionerna hos elektroner i atomer kallas också atomorbitaler. Kemister namnger atomorbitaler genom att använda ett nummer för att beteckna orbitalens energinivå följt av en bokstav för att beteckna typen av orbital. För element i den fjärde perioden av det periodiska systemet eller högre behöver du bara fokusera på tre typer av orbitaler, nämligen s, p och d. För att få en känsla för formen på dessa orbitaler, se länken i resurssektionen.
Crystal Field Splitting
Kopparjonen i koppar(II)sulfat har förlorat två elektroner, så den har en laddning på +2. Den har nio elektroner i sin yttersta energinivå eller skal; dessa så kallade valenselektroner upptar alla 3d-orbitaler. Vattenmolekylerna och sulfatjonerna attraheras av den positiva laddningen på kopparjonen, så de närmar sig den och ordnar sig runt den i en oktaedrisk konfiguration. Följaktligen ligger två av kopparjonens fem 3d-orbitaler i linje längs axlarna som sulfatjonerna och vattenmolekylerna närmar sig; eftersom elektronerna i dessa orbitaler och elektronerna i molekylerna/jonerna båda har negativ laddning stöter de bort varandra. I slutändan har alltså två av de fem 3d-orbitalerna ökad energi; dessa kallas t.ex. orbitaler. De andra tre däremot har minskad energi och kallas t2g-orbitaler.
Absorption av ljus
En foton av ljus kommer att absorberas av koordinationskomplexet om den har en energi som motsvarar skillnaden mellan det tillstånd en elektron nu upptar och energin från ett annat tillstånd tillgängligt för den . Följaktligen kan kopparsulfatkomplexet absorbera fotoner av ljus med energier som motsvarar skillnaden i energi mellan t2g och t.ex. orbitaler. Som det händer är skillnaden i energi för kopparsulfatkomplexet ekvivalent med skillnaden i energi för fotoner av ljus i det rödorange området av spektrumet. Eftersom rödaktigt ljus absorberas medan blått ljus transmitteras, verkar kopparsulfatet blått.
Lösning i vatten
När kopparsulfatet löser sig i vatten dissocierar koppar- och sulfatjonerna. Nu bildar kopparjonen ett oktaedriskt komplex där den är omgiven av sex molekyler vatten. Effekten är dock fortfarande väldigt densamma eftersom uppdelningen mellan t2g-orbitaler och t.ex. orbitaler i detta nya komplex fortfarande är sådan att rödorange ljus absorberas och du ser en blåfärgad lösning.
