过渡金属离子的颜色与结构的关系

我们知道，物质的显色是物质对光线作用的结果。当日光照射到物体上后，物体对入射光的作用有下面几种情况：

1、若物体将入射光全部吸收，则该物质显黑色；

2、若物体将入射光全部反射，则该物质显白色；

3、若物体让入射光全部透过，则该物质显无色；

4、若物体对入射光有选择地吸收一部分，则物质显示与该部分光互补的光的颜色。

过渡元素离子显色的原因是很复杂的，除了遵循上述一般的显色规律外，还与过渡金属离子的结构有关，主要和过渡元素离子中的d电子有关，下面就依离子中d电子是否配对讨论如下：

（1）当过渡金属离子有未成对的d电子时，这些未成对的电子的基态与激发态的能量差较小，很易吸收可见光中一定波长的光而被激发到高能量的状态，即使d电子从能量较低的d轨道激发到了能量较高的轨道上去，而这些被吸收的光则好象从入射光中减掉了，剩下来的那部分可见光则被反射出来，该离子就显出反射的各种色光组合成的光的颜色。大多数过渡元素离子的d亚层都有未成对的电子，所以过渡元素的离子往往显示颜色。

下面列出第四周期过渡元素离子中的未成对电子数及水合离子的颜色来进一步说明。

离........子 Sc3+.Ti3+.V2+

未成对d电子 0.....1.......3

颜.........色.无 ...紫红...紫

离........子.V3+.Cr3+.Mn2+

未成对d电子2......3......5

颜..........色绿...蓝绿...粉红

离 ........子 Fe2+ Fe3+.Co2+

未成对d电子4........5........3

颜..........色浅绿...黄...粉红

离 ........子 Ni2+.Cu2+.Zn2+

未成对d电子2.......1 ........0

颜..........色绿......蓝.......无

（2）当过渡金属离子的d电子均已配对时，其外围电子层排布为d0、d10、d10s2，此时，离子的结构是稳定的，它们中d电子处于基态的能量和激发态的能量相差较大，不容易吸收可见光，因而使这样的离子不显颜色。如过渡元素中的Sc3+、Ag+、Zn2+等离子，其d亚层没有未成对的电子，所以，这些离子通常无色。其次，主族元素的离子，如K+、Ca2+、Na+、Mg2+等，它们没有d电子，所以，主族金属元素的离子也常显无色。

从上述讨论可见：过渡元素的离子结构中含有未成对的d电子是大多数过渡元素的离子带有颜色的根本原因。所以说这些颜色跟过渡金属离子的结构有关系。

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