안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
구리 이온이 수용액에서 푸른색을 띠는 이유는 구리 이온과 물 분자가 결합하여 착이온을 형성할 때 발생하는 d-궤도함수 갈라짐 현상 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
황산구리가 물에 녹아 생긴 구리 이온은 최외각에 9개의 d-전자를 가집니다. 원래 5개의 d-궤도함수는 에너지가 모두 동일하지만, 산소 원자에 비공유 전자쌍을 가진 물 분자가 접근하면 정전기적 반발력에 의해 d-궤도함수가 에너지가 높은 층과 낮은 층으로 갈라지게 됩니다.
갈라진 두 d-궤도함수 사이의 에너지 격차는 가시광선 영역 중 붉은색 파장의 에너지와 일치합니다. 수용액에 백색광이 지나갈 때, 구리 이온의 전자가 붉은빛 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 들뜨고, 붉은빛이 흡수되고 남아서 용액을 통과하는 빛이 바로 붉은색의 보색 관계인 푸른색 빛으로 보이게 됩니다.
즉, 금속 구리는 자체 금속 결합 특성에 의해 청록색 빛을 흡수하고 붉은빛을 반사하지만, 물에 녹은 구리 이온은 물 분자와의 상호작용으로 붉은빛을 흡수하는 성질로 변하기 때문에 용액 전체가 푸른색으로 보이게 됩니다.