离子有颜色的原因?例如铜离子和三价铁离子,为什么会分别呈现出蓝色和黄色?

Question

离子有颜色的原因?
例如铜离子和三价铁离子,为什么会分别呈现出蓝色和黄色?

Answer 1

当人们来到化学实验室的时候,常常会被五颜六色的化学试剂所吸引.硫酸铜溶液发出了漂亮的蓝色,重铬酸钾溶液就像熟透了的桔子一样橙红,高锰酸钾溶液显深深的紫色,二氧化钴溶液的粉色却十分清淡,三价铁盐总是一幅黄褐色的面孔……真是五彩缤纷,光彩夺目.
这些离子的颜色是怎样产生的呢?
离子是否能显色,跟它能否吸收可见光有关,而能否吸收可见光,则取决于离子的电子层结构.如果核外的电子亚层都处于充满状态,即没有未配对电子时,结构比较稳定,不易接受光能的激发,不易吸收可见光,是无色的.上面提到的那些过渡金属离子的电层结构,却不那么稳定,一般都含有一个未充满的d亚层,有数目不等的未配对的电子.这些不稳定的电子易受光的激发,而发生跃迁,也就是吸收和反射某些波长的可见光,显示了不同的颜色.
其中,离子的颜色变化多端,与不同负离子结合时显出不同的颜色,如溶液中Mn2+为浅粉色,但Mn(OH)2呈白色,FeO和FeS则呈黑色.这里有一定的规律,一般来说,负离子的半径愈大,外围电子愈松弛,形成的化合物或原子团颜色就愈深.
除了负离子可以影响过渡金属离子的显色,水分子也有一定的影响.硫酸铜的晶体或溶液显漂亮的蓝色,可是,当我们把蓝色的硫酸铜晶体放在试管里加热时,那漂亮的蓝色会逐渐消失,同时,产生的水汽遇冷变成液态便从试管口滴了下来,就像是为失去漂亮的颜色而流下的泪水.此时,试管里留下来的只是白色粉末.
不仅水分子的存在会影响颜色的显示,水分子数目的多少也有显著的作用.例如,氯化钴结晶体,在常温下是CoCl2.6H2O,呈粉红色；加热至52℃以上失水,就成为紫红色的CoCl2·2H2O.继续加热到90℃,变为蓝紫色的CoCl2·H2O,再加热会全部失水,而成为蓝色的CoCl2.