無機化学について

質問

硫酸銅５水和物の結晶中では、４つの水分子と２つの硫酸イオンが銅原子に配位していて銅原子と水分子の酸素原子との間の距離は１９３～１９７pm、銅原子と硫酸イオンの酸素原子との間の距離は２３８～２４１pmで、これらの距離が大きく異なる理由を教えてください。
また、過マンガン酸カリウムの水溶液が強い赤紫色を示す理由も教えてください。よろしくお願いします。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

簡単に言いますと４つの水は銅イオンに直接配位しています。
一方硫酸の酸素は硫酸と結合してから、硫酸が銅イオンと結晶構造ぞつくっています。

元々全く性質の違う酸素です。
銅－酸素の距離を調べることが出来たのですから、化学便覧などが手近にあるでしょう。結晶構造を探してみて下さい。
無ければネットで調べることが出来ます。
添付ファイルの一番下の原子間距離が書いてある部分を見て下さい。他の図を見ると硫酸の酸素の方が近く見えてしまいます。
^o^

参考URL：

http://www.chem.ous.ac.jp/~gsakane/cuso4.html

補足

わかりやすいご回答ありがとうございます。
これは結晶場理論によって銅イオンと水との結合の方が強いという考えでもいいんでしょうか？

回答No.2

ht1914

「これらの距離が大きく異なる理由」とはどういう事ですか。どういう事がより納得しやすいと考えたのですか。やはり、「自分は～であると考えた」ということを言ってもらった方が答えやすいです。

銅イオン（銅原子ではありません。Ｃｕ＾２＋イオンです。）と水との距離が硫酸イオンとの距離よりも近いということは銅イオンと水との結合の方が強いということです。硫酸銅は結晶でも、水溶液でもほとんど同じ色ですね。あの青い色は見たことがあると思います。水の中にある銅イオンには水が４つ配位しています。その水がそのまま結晶の中に入ってきます。この時の色が青なんです。周りの水から受ける力の場の影響でそういう色になります。そこにアルカリを入れます。配位している水が順番にＯＨ－に変わっていきます。置き換わるのではなくＨ２ＯのＨが取れたと考えて下さい。
（Ｃｕ＾２＋－－－）Ｈ２Ｏ＋ＯＨ＾－→（Ｃｕ＾２＋－－－）ＯＨ＾－＋Ｈ２Ｏ
です。
４つの水の中の２つがＯＨ－に変わると電荷が中和されるので沈殿し始めます。薄い水酸化ナトリウムだと青白色の沈殿を生じます。割合とさらさらちした沈殿です。濃い水酸化ナトリウムを入れると３つ目もＯＨ－になります。全体としてーのイオンになりますから沈殿は溶けることになります。どろっとした青い沈殿が観察される時はたいてい水酸化ナトリウムが濃いすぎるのです。アンモニア水を入れてここの水が全部ＮＨ３に変わると濃い青の溶液になります。濃い塩酸の中では塩化物イオンが配位します。色は青～緑～黄色と変わっていきます。銅の化合物で色のあるもの、全て配位によるものと考えてよいでしょう。
硫酸銅ということから硫酸イオンと銅イオンの結合の方が強いと思ったのではないですか。質問からそういう風に推測したのですが。
もしそうであれば水に対する溶解度がもっと小さくなるでしょう。
結晶を加熱して水を追い出してしまうと青い色がなくなります。だんだん白っぽくなっていって粉になります。
硫酸銅の結晶構造を調べることが出来たのですから過マンガン酸イオンの形も調べることが出来るでしょう。ＭｎＯ４＾－ですからＭｎにＯが４つついています。これは銅イオンに水が配位しているよりも強い結合です。後は調べて下さい。

補足

ご丁寧な回答ありがとうございます。
過マンガン酸イオンは正４面体構造でこれは結晶場理論から弱い場となるので吸収される光の波長が短いため赤紫色を示すという考えでもよいでしょうか？