Cómo calcular un número de coordinación

Ciertos tipos de átomos forman estructuras regulares tridimensionales repetidas cuando se unen con otros elementos. Estos patrones repetidos se denominan redes cristalinas y son característicos de los sólidos iónicos o compuestos que contienen enlaces iónicos, como la sal de mesa (mucho más a continuación).

Estos cristales tienen pequeñas secciones repetidas que cuentan con cationes, o átomos cargados positivamente, en su centro. Este átomo central está asociado geométricamente con un cierto número de aniones a través de uno de varios patrones familiares. Cada anión, a su vez, se puede imaginar como sentado en el centro de su propia unidad repetitiva y asociándose con una cierto número de cationes, que puede ser el mismo número o un número diferente que en el cation-at-center ejemplo.
Este número, llamado número de coordinación o ligancy, se aplica a iones en lugar de átomos "nativos" y determina la forma tridimensional mayor del sólido de formas predecibles que se relacionan con la arquitectura atómica fundamental. También determina el color debido a distancias específicas y únicas entre los electrones y otros componentes de la red cristalina.

Si tiene acceso a modelos tridimensionales de patrones de celosía de cristal comunes, puede inspeccionar visualmente uno "unidad" desde la perspectiva tanto del anión como del catión y ver cuántos "brazos" alcanzan el ión del opuesto cargo. En la mayoría de los casos, sin embargo, tendrá que depender de una combinación de investigación en línea y el uso de fórmulas moleculares.

Ejemplo: La fórmula del compuesto iónico cloruro de sodio, o sal de mesa, es NaCl. Esto significa que cada catión debe tener exactamente un anión asociado; en el lenguaje de la ligadura, esto significa que el catión Na⁺ y el anión Cl⁻ tener el mismo número de coordinación.

Tras la inspección, la estructura de NaCl muestra cada Na⁺ ion que tiene un Cl⁻ vecino arriba y abajo, a la izquierda y a la derecha, y adelante y atrás. Lo mismo ocurre con el Cl⁻ perspectiva. El número de coordinación para ambos iones es 6.

Los cationes y los aniones presentan una proporción molecular de 1: 1 en un cristal, lo que significa que tienen el mismo número de coordinación, pero esto no significa que el número esté fijo en 6. El número 6 es un número conveniente en el espacio tridimensional debido a la simetría arriba-abajo-derecha-izquierda-adelante-atrás. Pero, ¿y si estas "conexiones" estuvieran orientadas en diagonal, como si apuntaran desde el centro de un cubo hacia todas sus esquinas?

De hecho, así es como se organiza la red de cloruro de cesio, o CsCl. El cesio y el sodio tienen el mismo número de electrones de valencia, por lo que, en teoría, el NaCl y el CsCl podrían presentar cristales similares. Sin embargo, un ión de cesio es mucho más masivo que un ión de sodio y, debido a que ocupa más espacio, se acomoda mejor con un número de coordinación de 8. Ahora, los iones vecinos se encuentran puramente a lo largo de las diagonales; están más distantes que en NaCl, pero también más numerosos.

Debido a que el cesio y el cloro existen en una proporción de 1: 1 en este compuesto, el número de coordinación del ion cloruro en este caso es 8.

Óxido de titanio (TiO₂) es un ejemplo de una estructura cristalina que contiene aniones y cationes en una proporción de 2: 1. Entonces, la unidad fundamental de la celosía es tetraédrica: cada Ti⁴⁺ catión está en medio de seis O^2-iones, mientras que cada O^2-ion tiene tres Ti inmediatos⁴⁺ vecinos.

El número de coordinación de Ti⁴⁺ es 6, mientras que el del O^2-ion es 3. Esto tiene sentido químico ya que la fórmula TiO₂ implica que existen en este compuesto el doble de iones de oxígeno que de iones de titanio.