Experimente:
Versuch: Reversible Dehydratisierung von Kupfersulfat-Pentahydrat

Schaut man sich Kupfersulfat an, so sieht man schöne blaue Kristalle. Auf dem Flaschenetikett steht die Formel:

CuSO₄ · 5 H₂0

Es ist also auch zu fünf molaren Teilen Wasser in diesem Salz enthalten. Solch eine Formel hat auch das allerdings farblose Glaubersalz, Na₂SO₄ · 10 H₂O. Da sowohl Wassermoleküle als auch Sulfat-Ionen farblos sind, müsste dann nicht die blaue Farbe von den Kupfer-Ionen stammen?

Blaues Kupfersulfat (Foto: Sandra)

Wenn man nun aber die blauen Kristalle vorsichtig erhitzt, entweicht Wasser und man erhält merkwürdigerweise ein weißes Salz. Andersherum färbt sich dieses sofort wieder blau, sobald es wieder mit Wasser in Berührung kommt (-> Versuch). (Diese Reaktion nutzt man auch zum Nachweis von Wasser.)

Welche Farbe hat denn nun das Kupfer-Ion?
Um das zu klären, müssen wir uns den molekularen Aufbau des Kupfersulfats genauer ansehen. Die Wassermoleküle bilden eine quadratisch-planare Struktur um das Kupfer-Ion herum. Dadurch verändert das Metall-Ion seine Farbe zu Blau. Durch das Erhitzen wird diese Struktur zerstört, und das Kupfersulfat liegt wieder in seiner reinen, farblosen Form vor.
Diese Art von Verbindung eines Metall-Ions mit Wassermolekülen nennt man allgemein eine Komplexverbindung (complexus (lat.) = verbunden). In diesem speziellen Fall handelt es sich um einen Wasser- oder (lateinisch) Aquakomplex.

Es ordnen sich hier vier der fünf Wassermoleküle in kovalenter Bindung um das Kupfer-Ion, während das fünfte über Wasserstoffbrücken an das Sulfat-Ion gebunden ist. Aus diesen Komplex-Ionen wird auch das Kristallgitter aufgebaut. Um das zu berücksichtigen, schreibt man die Formel von wasserhaltigem Kupfersulfat so:

[Cu(H₂O)₄]SO₄ · H₂O

Das blanke Kupfer(II)-Ion ist also farblos!

Und was das Glaubersalz angeht: Hierbei handelt es sich nicht um einen Komplex, sondern um ein Salzhydrat. Das heißt Natriumsulfat-Dekahydrat. Auch im Kristall vom Glaubersalz liegen die Wassermoleküle nicht gebunden vor, sondern sind nur locker fixiert. Die Bindungen zwischen Wassermolekülen und Ionen sind vergleichbar mit denen in einer Salzlösung. Allerdings sind die Wassermoleküle im Kristallgitter streng ausgerichtet und hochgeordnet fixiert - aber eben nicht komplex an das Na-Ion gebunden. Das ist der Unterschied zu dem Kupfersulfat-Pentahydrat-Kristall.

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