Номер 3, страница 21, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Чем объяснить, что раствор хлорида меди (II) имеет голубой цвет, а раствор хлорида калия бесцветный?

Решение

Цвет растворов веществ связан с их способностью поглощать свет в видимой части электромагнитного спектра. Если вещество поглощает свет определенной длины волны (определенного цвета), то человеческий глаз воспринимает это вещество окрашенным в дополнительный цвет. Если вещество не поглощает свет в видимом диапазоне, оно кажется нам бесцветным.

При растворении в воде хлорид меди (II) ($CuCl_2$) диссоциирует на ионы: хлорид-ионы $Cl^-$ и ионы меди (II) $Cu^{2+}$. Ионы меди в водном растворе существуют не в свободном виде, а в виде гидратированных комплексов, чаще всего аквакомплекса гексааквамеди(II) — $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$. Медь является d-элементом (переходным металлом), и её ион $Cu^{2+}$ имеет электронную конфигурацию $[Ar]3d^9$. У него есть незавершенный d-подуровень. Под действием молекул воды (лигандов) пять d-орбиталей иона меди расщепляются на два энергетических подуровня с небольшой разницей в энергии. Электроны с нижнего, более стабильного подуровня могут переходить на верхний, менее стабильный, поглощая при этом кванты света (фотоны). Энергия, необходимая для такого электронного перехода (так называемого d-d перехода), соответствует энергии фотонов в видимой области спектра. Гидратированный ион меди $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ поглощает свет в красно-оранжевой части спектра. В результате раствор пропускает свет, который является дополнительным к поглощенному, — сине-голубой. Именно этот цвет мы и наблюдаем.

При растворении в воде хлорид калия ($KCl$) диссоциирует на гидратированные ионы калия $K^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$. Калий — это s-элемент (щелочной металл). Ион калия $K^+$ имеет электронную конфигурацию инертного газа аргона: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$. У него все электронные оболочки и подоболочки полностью завершены, отсутствуют частично заполненные d-орбитали. Для того чтобы перевести электрон на более высокий энергетический уровень, требуется очень большая энергия, соответствующая ультрафиолетовой части спектра. Поскольку ионы калия (как и хлорид-ионы, также имеющие завершенную электронную оболочку) не поглощают свет в видимом диапазоне, раствор остается бесцветным.

Ответ: Голубой цвет раствора хлорида меди (II) обусловлен наличием гидратированных ионов меди $Cu^{2+}(aq)$. Ион меди является ионом переходного металла и имеет незавершенный d-подуровень, что позволяет ему поглощать свет в видимой (красно-оранжевой) части спектра за счет d-d электронных переходов. В результате раствор воспринимается окрашенным в дополнительный, сине-голубой цвет. Раствор хлорида калия бесцветен, так как ионы калия $K^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$ имеют полностью завершенные электронные оболочки и не способны поглощать видимый свет.