Как да изчислим координационен номер

Някои видове атоми образуват правилни триизмерни повтарящи се структури, когато се свързват с други елементи. Тези повтарящи се модели се наричат ​​кристални решетки и те са характерни за йонни твърди вещества или съединения, които съдържат йонни връзки, като готварска сол (много повече по-долу).

Тези кристали имат малки повтарящи се секции, които се хвалят катиони, или положително заредени атоми, в техния център. Този централен атом е геометрично свързан с определен брой аниони чрез един от редица познати модели. Всеки анион от своя страна може да бъде представен като седнал в центъра на собствената си повтаряща се единица и свързващ се с а определен брой катиони, които могат да бъдат същият брой или различен брой като в катиона в центъра пример.
Този номер, наречен координационен номер или лиганство, се отнася за йони, а не за "естествени" атоми и определя по-голямата триизмерна форма на твърдото вещество по предсказуеми начини, свързани с основната атомна архитектура. Той също така определя цвета поради специфични и уникални разстояния между електрони и други компоненти на кристалната решетка.

Ако случайно имате достъп до триизмерни модели на често срещани решетъчни кристални решетки, можете визуално да ги огледате "единица" от гледна точка както на аниона, така и на катиона и вижте колко "ръце" достигат до йона на противоположния зареждане. В повечето случаи обаче ще трябва да разчитате на комбинация от онлайн изследвания и използване на молекулни формули.

Пример: Формулата за йонното съединение натриев хлорид, или готварска сол, е NaCl. Това означава, че всеки катион трябва да има точно един анион, свързан с него; на езика на лиганството това означава, че катионът Na⁺ и анионът Cl⁻ имат същия координационен номер.

При проверка структурата на NaCl показва всеки Na⁺ йон с Cl⁻ съсед отгоре и отдолу, отляво и отдясно и отпред и отзад. Същото важи и от Cl⁻ перспектива. Координационното число за двата йона е 6.

Катионите и анионите представят молекулно съотношение 1: 1 в кристал, което означава, че те имат еднакво координационно число, но това не означава, че броят е фиксиран на 6. Числото 6 е удобно число в триизмерно пространство поради симетрията нагоре-надолу-надясно-наляво-напред-назад. Но какво, ако тези "връзки" са ориентирани по диагонал, сякаш сочат от центъра на куб към всичките му ъгли?

Всъщност така е подредена решетката от цезиев хлорид или CsCl. Цезият и натрият имат еднакъв брой валентни електрони, така че на теория NaCl и CsCl могат да показват подобни кристали. Цезиевият йон обаче е далеч по-масивен от натриевия йон и тъй като заема повече място, той е по-добре приспособен с координационен номер 8. Сега съседни йони се намират чисто по диагоналите; те са по-далечни, отколкото в NaCl, но също така и по-многобройни.

Тъй като цезият и хлорът съществуват в съотношение 1: 1 в това съединение, координационното число за хлоридния йон в този случай е 8.

Титанов оксид (TiO₂) е пример за кристална структура, съдържаща аниони и катиони в съотношение 2: 1. И така, основната единица на решетката е тетраедрична: Всяка Ti⁴⁺ катионът е сред шест O^2-йони, докато всеки O^2-йон има три непосредствени Ti⁴⁺ съседи.

Координационният номер за Ti⁴⁺ е 6, докато този на O^2-йонът е 3. Това има химичен смисъл, тъй като формулата TiO₂ предполага, че в това съединение съществуват два пъти повече кислородни йони, отколкото титановите йони.