Sådan beregnes et koordinationsnummer

Visse former for atomer danner regelmæssige tredimensionelle gentagne strukturer, når de binder med andre elementer. Disse gentagne mønstre kaldes krystalgitter, og de er karakteristiske for ioniske faste stoffer eller forbindelser, der indeholder ionbindinger, såsom bordsalt (meget mere nedenfor).

Disse krystaller har små gentagne sektioner, der kan prale kationereller positivt ladede atomer i deres centrum. Dette centrale atom er geometrisk forbundet med et bestemt antal anioner via et af et antal kendte mønstre. Hver anion kan igen ses som at sidde i centrum af sin egen gentagne enhed og associeres med en et vist antal kationer, som kan være det samme antal eller et andet antal som i kationen i centrum eksempel.
Dette nummer, kaldet koordinationsnummer eller ligancy, gælder for ioner snarere end "native" atomer og bestemmer den større tredimensionelle form af det faste stof på forudsigelige måder, der vedrører grundlæggende atomarkitektur. Det bestemmer også farven på grund af specifikke og unikke afstande mellem elektroner og andre komponenter i krystalgitteret.

Hvis du tilfældigvis har adgang til tredimensionelle modeller af almindelige krystalgittermønstre, kan du visuelt inspicere en "enhed" fra både anionens og kationens perspektiv og se, hvor mange "arme" der strækker sig ud mod ionen af ​​det modsatte oplade. I de fleste tilfælde bliver du dog nødt til at stole på en kombination af online-forskning og anvendelse af molekylære formler.

Eksempel: Formlen for den ioniske forbindelse natriumchlorideller bordsalt er NaCl. Dette betyder, at hver kation skal have nøjagtigt en anion tilknyttet; på ligancy-sprog betyder det, at kationen Na⁺ og anionen Cl⁻ har det samme koordinationsnummer.

Efter inspektion viser strukturen af ​​NaCl hver Na⁺ ion med en Cl⁻ nabo over og under, til venstre og til højre og frem og bag. Det samme gælder fra Cl⁻ perspektiv. Koordinationsnummeret for begge ioner er 6.

Kationer og anioner præsenterer et 1: 1 molekylforhold i en krystal, hvilket betyder at de har det samme koordinationsnummer, men det betyder ikke, at antallet er fastgjort til 6. Nummeret 6 er et praktisk tal i tredimensionelt rum på grund af op-ned-højre-venstre-frem-bagud-symmetri. Men hvad nu hvis disse "forbindelser" var orienteret diagonalt, som om de pegede væk fra midten af ​​en terning mod alle dens hjørner?

Faktisk er dette, hvordan gitteret af cæsiumchlorid eller CsCl er arrangeret. Cæsium og natrium har det samme antal valenselektroner, så i teorien kan NaCl og CsCl muligvis udvise lignende krystaller. Imidlertid er en cæsiumion langt mere massiv end en natriumion, og fordi den optager mere plads, er den bedre imødekommet med et koordinationsnummer på 8. Nu findes naboioner rent langs diagonaler; de er fjernere end i NaCl, men også mere talrige.

Da cæsium og klor findes i et 1: 1-forhold i denne forbindelse, er koordinationstalet for chloridionen i dette tilfælde 8.

Titaniumoxid (TiO₂) er et eksempel på en krystalstruktur indeholdende anioner og kationer i et forhold på 2: 1. Så gitterets grundlæggende enhed er tetraeder: Hver Ti⁴⁺ kation er midt i seks O^2-ioner, mens hver O^2-ion har tre øjeblikkelige Ti⁴⁺ naboer.

Koordineringsnummeret for Ti⁴⁺ er 6, mens den for O^2-ion er 3. Dette giver kemisk mening, da formlen TiO₂ indebærer, at der findes dobbelt så mange iltioner i denne forbindelse som titaniumioner.