Πώς να υπολογίσετε έναν αριθμό συντονισμού

Ορισμένα είδη ατόμων σχηματίζουν κανονικές τρισδιάστατες επαναλαμβανόμενες δομές όταν συνδέονται με άλλα στοιχεία. Αυτά τα επαναλαμβανόμενα σχέδια ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα και είναι χαρακτηριστικά των ιοντικών στερεών ή ενώσεων που περιέχουν ιοντικούς δεσμούς, όπως το επιτραπέζιο αλάτι (πολύ περισσότερο παρακάτω).

Αυτοί οι κρύσταλλοι έχουν μικροσκοπικά επαναλαμβανόμενα τμήματα που διαθέτουν κατιόντα, ή θετικά φορτισμένα άτομα, στο κέντρο τους. Αυτό το κεντρικό άτομο συνδέεται γεωμετρικά με έναν ορισμένο αριθμό ανιόντα μέσω ενός από τα γνωστά μοτίβα. Κάθε ανιόν με τη σειρά του μπορεί να φανταστεί ότι κάθεται στο κέντρο της δικής του επαναλαμβανόμενης μονάδας και συνδέεται με ένα ορισμένος αριθμός κατιόντων, που μπορεί να είναι ο ίδιος αριθμός ή διαφορετικός αριθμός όπως στο κατιόν στο κέντρο παράδειγμα.
Αυτός ο αριθμός, που ονομάζεται αριθμός συντονισμού ή πρόσδεση, ισχύει για ιόντα και όχι για "εγγενή" άτομα και καθορίζει το μεγαλύτερο τρισδιάστατο σχήμα του στερεού με προβλέψιμους τρόπους που σχετίζονται με θεμελιώδη ατομική αρχιτεκτονική. Προσδιορίζει επίσης το χρώμα λόγω συγκεκριμένων και μοναδικών αποστάσεων μεταξύ ηλεκτρονίων και άλλων συστατικών του κρυσταλλικού πλέγματος.

Εάν τυχαίνει να έχετε πρόσβαση σε τρισδιάστατα μοντέλα κοινών κρυστάλλων πλέγματος, μπορείτε να ελέγξετε οπτικά ένα "μονάδα" από την προοπτική τόσο του ανιόντος όσο και του κατιόντος και δείτε πόσα "χέρια" φτάνουν στο ιόν του αντίθετου χρέωση. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ωστόσο, θα πρέπει να βασιστείτε σε έναν συνδυασμό διαδικτυακής έρευνας και χρησιμοποιώντας μοριακούς τύπους.

Παράδειγμα: Ο τύπος για την ιοντική ένωση χλωριούχο νάτριο, ή επιτραπέζιο αλάτι, είναι NaCl. Αυτό σημαίνει ότι κάθε κατιόν πρέπει να έχει ακριβώς ένα ανιόν που να σχετίζεται με αυτό. στη γλώσσα της σύνδεσης, αυτό σημαίνει ότι το κατιόν Na⁺ και το ανιόν Cl⁻ έχουν τον ίδιο αριθμό συντονισμού.

Κατά την επιθεώρηση, η δομή του NaCl δείχνει κάθε Na⁺ ιόν που έχει Cl⁻ γείτονας πάνω και κάτω, προς τα αριστερά και προς τα δεξιά, και μπροστά και πίσω. Το ίδιο ισχύει και για το Cl⁻ προοπτική. Ο αριθμός συντονισμού και για τα δύο ιόντα είναι 6.

Τα κατιόντα και τα ανιόντα παρουσιάζουν μοριακή αναλογία 1: 1 σε κρύσταλλο, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν τον ίδιο αριθμό συντονισμού, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι ο αριθμός είναι σταθερός στο 6. Ο αριθμός 6 είναι ένας βολικός αριθμός σε τρισδιάστατο χώρο λόγω της συμμετρίας πάνω-κάτω-δεξιά-αριστερά-προς τα πίσω-προς τα πίσω. Τι γίνεται όμως αν αυτές οι «συνδέσεις» προσανατολίζονται διαγώνια, σαν να δείχνουν μακριά από το κέντρο ενός κύβου προς όλες τις γωνίες του;

Στην πραγματικότητα, έτσι είναι το πλέγμα του χλωριούχου καισίου ή CsCl. Το καίσιο και το νάτριο έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους, οπότε θεωρητικά τα NaCl και CsCl ενδέχεται να εμφανίζουν παρόμοια κρύσταλλα. Ωστόσο, ένα ιόν καισίου είναι πολύ πιο ογκώδες από ένα ιόν νατρίου και επειδή καταλαμβάνει περισσότερο χώρο, προσαρμόζεται καλύτερα με έναν αριθμό συντονισμού 8. Τώρα, τα γειτονικά ιόντα βρίσκονται καθαρά κατά μήκος διαγώνων. είναι πιο απομακρυσμένα από ό, τι στο NaCl, αλλά και πιο πολυάριθμα.

Επειδή το καίσιο και το χλώριο υπάρχουν σε αναλογία 1: 1 σε αυτήν την ένωση, ο αριθμός συντονισμού για το ιόν χλωρίου σε αυτήν την περίπτωση είναι 8.

Οξείδιο του τιτανίου (TiO₂) είναι ένα παράδειγμα κρυσταλλικής δομής που περιέχει ανιόντα και κατιόντα σε αναλογία 2: 1. Έτσι, η θεμελιώδης μονάδα του δικτυωτού πλέγματος είναι τετραεδρικός: Κάθε Ti⁴⁺ κατιόν είναι έξι O^2-ιόντων, ενώ κάθε O^2-Το ιόν έχει τρία άμεσα Ti⁴⁺ γείτονες.

Ο αριθμός συντονισμού για Ti⁴⁺ είναι 6, ενώ αυτό του O^2-το ιόν είναι 3. Αυτό έχει νόημα χημικά από τον τύπο TiO₂ υπονοεί ότι υπάρχουν δύο φορές περισσότερα ιόντα οξυγόνου σε αυτήν την ένωση όπως και τα ιόντα τιτανίου.