Sự hình thành màu sắc của phức chất
MÀU SẮC CÁC CHẤT TRONG HOÁ HỌC
Khi đề cập đến các chất màu vô cơ mà không kể đến phức chất là chưa
đầy đủ, bởi đây là loại hợp chất có màu sắc đặc trưng, được tạo thành
giữa các nguyên tố d với các nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác.
Thêm vào đó phức chất màu còn là nguyên liệu quan trọng để chế các
loại sơn, sản xuất ,mực trong ngành in,…cho ra sản phẩm quen thuộc
với mỗi chúng ta.
Trong phân tử của phức chất, nguyên tố d được gọi là nguyên tố tạo
phức hay ion trung tâm, còn nguyên tử hay nhóm nguyên tử liên kết với
nó thì gọi là phối tử .
Thí dụ: Thuốc thử Svâyde dùng để hòa tan xenlulozơ là phức chất được
tạo thành khi cho muối đồng phản ứng với amoniac. Đó là chất màu
xanh có công thức [Cu(NH3)4](OH)2. Ở đây, ion Cu2+ là ion trung
tâm, còn NH3 là phối tử, chúng liên kết với nhau tạo thành ion phức
[Cu(NH3)4]2+ màu xanh. Bốn liên kết giữa Cu2+ với 4 phân tử NH3 là
các liên kết phối trí, trong đó các cặp electron dùng chung đều do N bỏ
ra.
Các ion kim loại chuyển tiếp dễ tạo thành các phức chất, vì trong phân
lớp electron d của chúng còn các obitan trống dễ dàng thực hiện liên
kết cho nhận với các nguyên tử có dư electron như N trong phức chất
nêu trên, hay O, F, Cl,… tạo ra các ion phức.
Người ta thấy rằng, khi trong ion tạo phức có electron độc thân thì phức
chất tạo thành có màu đặc trưng. Nếu không tính đến ảnh hưởng đặc
biệt cả phối tử, thì bản thân màu sắc của ion kim loại cũng có mối quan
hệ nhất định với số electron d trong ion.
Như chúng ta đã biết, ở phân lớp d có 5 obitan và nhiều nhất chỉ chứa
10 electron, khi số electron trong phân lớp nhỏ hơn 5 thì hoàn toàn độc
thân, còn lớn hơn 5 thì bắt đầu có sự ghép đôi cặp electron. Từ đó, nhìn
vào bảng trên ta có thể suy ra số electron độc thân trong mỗi cation kim
loại là bao nhiêu. Điều dễ nhận ra là : Chỉ có những ion có electron độc
thân mới có màu sắc, không có electron độc thân hay các obitan d đã bị
lấp đầy hoàn toàn bằng 10 electron (Ag+ , Cu+ ,…) thì không có màu.
Sự có mặt của những phối tử khác nhau liên kết với ion trung tâm sẽ
ảnh hưởng đến sự di chuyển electron trong ion trung tâm, nên có ảnh
hưởng đến cường độ và sắc thái màu của phức chất, đôi khi có thể
chuyển từ phức có màu sang không màu. Chẳng hạn, với ion tạo phức
là Cu2+, khi phối tử là H2O sẽ tạo thành phức [Cu(H2O)4]2+ màu
xanh lam; phối tử là NH3 tạo phức [Cu(NH3)4]2+ xanh sẫm; phối tử
Cl- tạo phức [CuCl4]2- màu nâu,…
Ngoài ra, nếu ion phức liên kết với các ion đơn có mức oxi hóa khác
nhau, thì phức sẽ có màu khác nhau, vì khi đó sự di chuyển electron
dưới tác dụng của ánh sáng sẽ diến ra khác nhau. Thí dụ, các phức chất
Fe3[Fe(CN)6]2 và Fe4[Fe(CN)6]3 có màu xanh đậm, vì sự có mặt của
ion Fe2+ và Fe3+ bên cạnh ion phức [Fe(CN)6]3- và Fe(CN)6]4- . Sự
nhạy cảm với ánh sáng của elecrtron d trong Fe2+ và Fe3+ đã tạo phức
có màu đậm hơn so với sự có mặt của ion khác, chẳng hạn K+, bên
cạnh ion phức.
Phức chất có màu không chỉ được sử dụng trong phân tích hóa học, mà
còn được sử dụng vào nhiều mục đích khác, trong đó có mục đích dùng
làm chất màu. Chẳng hạn, chất xanh Beclin(xanh phổ) là phức chất
Fe4[Fe(CN)6]3 , một chất bột màu xanh đậm, được sử dụng trong
ngành in hay trong công nghệ sơn để chế ra các loại sơn xanh, lam tươi
và lam đậm, xanh da trời và lục,… Trong hóa phân tích, nó là thuốc thử
để nhận biết ion sắt (III)…
Các phức chất đóng vai trò quan trọng trong đời sống động, thực vật vì
những chất quan trọng nhất về mặt sinh lí học đều là phức chất. Chẳng
hạn chất clorophin(diệp lục) tạo ra màu xanh thực vật, là hợp chất nội
phức của Mg, còn hemoglobin tạo nên màu đỏ của máu, là một phức
chất có ion trung tâm là Fe,…
Như chúng ta thấy, dù kim loại, các hợp chất vô cơ hay hữu cơ, thì sự
xuất hiện màu ở chúng đều là kết quả của sự tương tác giữa các lượng
tử ánh sáng với electron trong nguyên tử kim loại hay phi kim, trong
chất vô cơ hay hữu cơ là không giống nhau, nên cơ chế xuất hiện màu ở
chúng cũng có những điểm khác nhau. Khi thành phần hóa học hay cấu
tạo phân tư chất bị thay đổi, kéo theo sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của
electron trong phân tử, khiến khả năng hấp thụ photon thay đổi và hiển
nhiên màu sắc của chất bị thay đổi.