전이금속 화합물의 색깔. 무수물과 수화물의 색깔 변화 원리

전이금속 화합물의 색깔. 무수물과 수화물의 색깔 변화 원리

 

------------------------

 

[참고] 전이금속 이온의 d 오비탈이 분리되는 이유

> 전이금속 이온의 d 오비탈의 전자와

리간드의 비공유 전자가 서로 반발하기 때문

[ https://ywpop.tistory.com/6479 ]

 

[참고] 리간드의 분광화학적 계열

> d 오비탈을 가장 크게 분리시키는 리간드는?

[ https://ywpop.tistory.com/4410 ]

 

[참고] 착물의 색깔. 착이온의 색깔

[ https://ywpop.tistory.com/15748 ]

 

 

 

 

[예1] CuSO4 황산구리 무수물와 황산구리 오수화물(CuSO4•5H2O)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/6536 )

 

SO4^2- 황산 이온은

리간드에 포함되기는 하지만,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4811 )

 

리간드의 분광화학적 계열을 보면,

여기 명단(목록)에 나오지 않을 정도로

전이금속 이온의 d 오비탈을 분리시키는 능력이 매우 약하다.

( d 오비탈 분리 능력이 거의 없다고 봐도 무방하다. )

 

이 때문에 CuSO4 무수물에서는

구리 이온(Cu^2+)의 5개의 d 오비탈의 에너지가 거의 같다.

따라서

구리 이온의 전자가 에너지를 흡수하여 전이할 수 있는

적절한 에너지 차이가 존재하지 않아서

( 구리 이온의 d 오비탈이 분리되어 있지 않아서 )

 

빛을 흡수하지 않고 흰색(무색)으로 보인다.

 

 

 

그러나

CuSO4•5H2O 황산구리 오수화물에서는

구리 이온 주위에 4개의 물 분자(리간드)가

평면 사각형으로 배위 결합하고,

( 이때 H2O가 구리 이온의 d 오비탈을 분리시킨다. )

 

위아래로 황산 이온과 또 다른 물 분자가 위치하면서

변형된 팔면체 구조를 형성한다.

 

이렇게 분리된 구리 이온의 d 오비탈의 에너지 차이가

붉은색(오렌지색) 빛의 에너지(약 650 nm)와 일치하므로,

황산구리 오수화물은 가시광선 중 붉은빛을 선택적으로 흡수하고,

그 보색인 청색(blue)을 반사하여

우리 눈에 푸르게 보이는 것이다.

 

 

 

반응형

 

 

 

[예2] CoCl2 염화코발트 무수물와 염화코발트 육수화물(CoCl2•6H2O)

 

SO4^2- 황산 이온과 달리,

Cl^- 염화 이온은 전이금속 이온의

d 오비탈을 분리시킬 수 있다.

 

CoCl2 염화코발트 무수물은

사면체 구조의 배위 화합물이며,

분리된 코발트 이온(Co^2+)의 d 오비탈의 에너지 차이에 해당하는

노란색~붉은색 영역의 빛을 흡수하므로,

그 보색인 푸른색을 띠게 된다.

 

 

 

한편,

CoCl2•6H2O 염화코발트 육수화물에서는

코발트 이온 주변을 6개의 물 분자(H2O)가 둘러싸고 있는

팔면체 구조를 가진다.

( 즉, 수화물에서는 H2O가 코발트 이온의 d 오비탈을 분리시킨다. )

 

 

 

 

[그림] [Co(H2O)6]^2+, octahedral complex ion.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/19883 )

 

 

 

보충 설명하면,

CoCl2 무수물에서는 Cl^- 이온이 리간드이고,

CoCl2•6H2O 수화물에서는 H2O가 리간드이다.

CoCl2•6H2O 수화물에서 Cl^- 이온은

Co^2+ 양이온의 상대이온인 음이온 역할을 한다.

이것을 화학식으로 나타내면,

[Co(H2O)6]•Cl2 → [Co(H2O)6]^2+ + 2Cl^-

( 참고 https://ywpop.tistory.com/19808 )

 

 

 

다시 본론으로 돌아오면,

CoCl2•6H2O 염화코발트 육수화물에서는

분리된 코발트 이온의 d 오비탈의 에너지 차이가

가시광선 중 에너지가 높은 녹색 영역의 빛에 해당하므로,

( Cl^- 보다 H2O가 전이금속 이온의 d 오비탈을 더 크게 분리시킨다. )

 

염화코발트 육수화물은

녹색 영역의 빛을 흡수하고,

그 보색인 붉은색/분홍색을 띤다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/19160 ]

[Co(H2O)6]^2+ ⇌ [CoCl4]^2- 반응

 

 

 

[키워드] 착물의 색깔 기준, 착이온의 색깔 기준, 수화물의 색깔 기준, 착물의 색깔 사전, 착이온의 색깔 사전, 수화물의 색깔 사전, 보색 기준, 보색 사전, Co(H2O)6 기준, Co(H2O)6 dic, Co(H2O)6^2+ 기준, Co(H2O)6^2+ dic