过渡金属的有色化合物

周期表最左边那些金属的化合物大多是白色的。把硫酸铜搅进水里得到蓝色；镍盐是绿色；铬可以是橙色、绿色或紫罗兰色；钴在粉红和深蓝之间变换。为什么过渡金属把它们的溶液和晶体染上这样鲜艳的颜色，而普通食盐却一直无色？答案是日常颜色与原子内部结构之间最美妙的联系之一。

当一个金属离子被配体（水分子、氨、氯离子等）包围时，在自由离子中能量本来都相同的五个 d 轨道，会分裂成能量略有差别的几组。在常见的八面体排布中，两个直指配体的 d 轨道（称为 eg 对）能量被推高，而三个指向配体之间的（t2g 组）能量下降。这两组能级之间的间隙恰好与可见光的能量相当。于是一个电子可以吸收某种颜色的光，从下面的一组跳到上面的一组——这就是 d-d 跃迁。化合物随后呈现给我们的，是剩下的颜色，也就是它所吞下那种光的互补色：铜(II) 吸收橙红光，因而看起来是蓝色。这个间隙的大小、从而颜色，取决于连着哪些配体（它们的强弱次序就是光谱化学序列），这也是为什么把水换成氨会让淡蓝色的铜变成深皇家蓝。

这是 d 电子可见的一面，也是部分填充的 d 壳层必不可少的原因。一个 d 壳层全空（如 Sc3+，d0）或完全充满（如 Zn2+ 或 Cu+，d10）的离子没有余地做这样的跳跃，所以它的化合物是白色或无色的。诚实的提醒：这些颜色通常很淡，因为 d-d 跃迁在选择定则上属于“禁阻”，只能微弱地发生；而晶体场理论那套整齐的轨道分裂只是一个模型——真实的键带有部分共价性，配位场理论处理得更好。一些最强烈的过渡金属颜色（如深紫色的高锰酸根）根本不是 d-d 跃迁，而是电荷转移带，电子在金属与配体之间跳跃。