Kuidas arvutada koordinatsiooninumber

Teatud tüüpi aatomid moodustavad teiste elementidega sidudes regulaarsed kolmemõõtmelised korduvad struktuurid. Neid korduvaid mustreid nimetatakse kristallvõredeks ja need on iseloomulikud ioonsetele tahketele ainetele või ühenditele, mis sisaldavad ioonisidemeid, näiteks lauasool (palju rohkem allpool).

Nendel kristallidel on pisikesed korduvad lõigud, mis kiidlevad katioonidvõi positiivselt laetud aatomid nende keskel. See keskne aatom on geomeetriliselt seotud teatud arvuga anioonid ühe paljudest tuttavatest mustritest. Iga aniooni võib omakorda ette kujutada kui oma korduva üksuse keskel istuvat ja a-ga seotut teatud arv katioone, mis võivad olla sama või erineva numbriga kui katiooni keskel näide.
See number, mida nimetatakse koordineerimisnumber või sidumine, kehtib pigem ioonide kui "looduslike" aatomite kohta ja määrab tahke aine suurema kolmemõõtmelise kuju prognoositaval viisil, mis on seotud aatomi põhiarhitektuuriga. See määrab ka värvi, mis on tingitud konkreetsetest ja ainulaadsetest kaugustest elektronide ja kristallvõre muude komponentide vahel.

Kui teil juhtub olema juurdepääs tavaliste kristallvõre mustrite kolmemõõtmelistele mudelitele, saate seda visuaalselt kontrollida "ühik" nii aniooni kui ka katiooni vaatenurgast ja näeb, kui palju "käsi" ulatub vastupidise ioonini tasuta. Enamikul juhtudel peate siiski tuginema veebiuuringute kombinatsioonile ja molekulaarsete valemite kasutamisele.

Näide: Ioonse ühendi valem naatriumkloriidvõi lauasool on NaCl. See tähendab, et igal katioonil peaks olema täpselt üks anioon; ligandi keeles tähendab see, et katioon Na⁺ ja anioon Cl⁻ on sama koordineerimisnumber.

Kontrollimisel näitab NaCl struktuur iga Na-d⁺ ioon, millel on Cl⁻ naaber ülalt ja alt, vasakule ja paremale ning ette ja taha. Sama kehtib ka Cl⁻ perspektiivist. Mõlema iooni koordinatsiooninumber on 6.

Katioonide ja anioonide molekulide suhe kristallis on 1: 1, mis tähendab, et neil on sama koordinatsiooninumber, kuid see ei tähenda, et arv oleks fikseeritud 6-ga. Number 6 on mugav number kolmemõõtmelises ruumis, kuna sümmeetria on üles-alla-paremale-vasakule - edasi-tagasi. Aga mis siis, kui need "ühendused" oleksid orienteeritud diagonaalselt, otsekui suunates kuubi keskelt eemale selle kõigi nurkade poole?

Tegelikult on tseesiumkloriidi või CsCl võre paigutatud nii. Tseesiumil ja naatriumil on sama arv valentselektrone, nii et teoreetiliselt võivad NaCl ja CsCl olla sarnased kristallid. Tseesiumioon on aga tunduvalt massiivsem kui naatriumioon ja kuna see võtab rohkem ruumi, mahub see paremini kooskõlastusnumbriga 8. Nüüd leidub naaberioone puhtalt mööda diagonaale; need on kaugemad kui NaCl-s, kuid ka arvukamad.

Kuna selles ühendis on tseesium ja kloor vahekorras 1: 1, on kloriidioonide koordinatsiooninumber antud juhul 8.

Titaandioksiid (TiO₂) on näide kristallstruktuurist, mis sisaldab anioone ja katioone suhtega 2: 1. Niisiis, võre põhiühik on tetraeedriline: iga Ti⁴⁺ katioon on keset O^2-ioonid, samas kui iga O^2-ioonil on kolm vahetut Ti-d⁴⁺ naabrid.

Ti koordineerimisnumber⁴⁺ on 6, samas kui O-l^2-ioon on 3. See on keemiliselt mõistlik, kuna valem TiO₂ tähendab, et selles ühendis on kaks korda rohkem hapnikuioone kui titaaniioonides.