Comment calculer un numéro de coordination

Certains types d'atomes forment des structures répétitives tridimensionnelles régulières lorsqu'ils se lient à d'autres éléments. Ces motifs répétitifs sont appelés réseaux cristallins et sont caractéristiques des solides ioniques ou des composés contenant des liaisons ioniques, tels que le sel de table (beaucoup plus ci-dessous).

Ces cristaux ont de minuscules sections répétitives qui se vantent cations, ou atomes chargés positivement, en leur centre. Cet atome central est géométriquement associé à un certain nombre de anions via l'un des nombreux modèles familiers. Chaque anion à son tour peut être envisagé comme étant assis au centre de sa propre unité répétitive et s'associant à un certain nombre de cations, qui peut être le même nombre ou un nombre différent que dans le cation-au-centre Exemple.
Ce numéro, appelé le numéro de coordination ou alors ligance, s'applique aux ions plutôt qu'aux atomes "natifs" et détermine la plus grande forme tridimensionnelle du solide de manière prévisible qui se rapporte à l'architecture atomique fondamentale. Il détermine également la couleur en raison des distances spécifiques et uniques entre les électrons et les autres composants du réseau cristallin.

S'il vous arrive d'avoir accès à des modèles tridimensionnels de motifs de réseau cristallin courants, vous pouvez en inspecter visuellement un. "unité" du point de vue à la fois de l'anion et du cation et voyez combien de "bras" atteignent l'ion de l'opposé charger. Dans la plupart des cas, cependant, vous devrez vous fier à une combinaison de recherches en ligne et à l'utilisation de formules moléculaires.

Exemple: La formule du composé ionique chlorure de sodium, ou sel de table, est NaCl. Cela signifie que chaque cation doit avoir exactement un anion associé; dans le langage de la ligance, cela signifie que le cation Na⁺ et l'anion Cl⁻ ont le même numéro de coordination.

Lors de l'inspection, la structure de NaCl montre chaque Na⁺ ion ayant un Cl⁻ voisin en haut et en bas, à gauche et à droite, et devant et derrière. Il en est de même de la Cl⁻ perspective. Le nombre de coordination pour les deux ions est 6.

Les cations et les anions présentent un rapport moléculaire de 1:1 dans un cristal, ce qui signifie qu'ils ont le même nombre de coordination, mais cela ne signifie pas que le nombre est fixé à 6. Le nombre 6 est un nombre pratique dans l'espace tridimensionnel en raison de la symétrie haut-bas-droite-gauche-avant-arrière. Mais et si ces "connexions" étaient orientées en diagonale, comme si elles s'éloignaient du centre d'un cube vers tous ses coins ?

En fait, c'est ainsi que s'organise le réseau de chlorure de césium, ou CsCl. Le césium et le sodium ont le même nombre d'électrons de valence, donc en théorie NaCl et CsCl pourraient présenter des cristaux similaires. Cependant, un ion césium est beaucoup plus massif qu'un ion sodium, et parce qu'il prend plus de place, il est mieux adapté avec un nombre de coordination de 8. Or, les ions voisins se trouvent purement le long des diagonales; ils sont plus éloignés que dans NaCl, mais aussi plus nombreux.

Parce que le césium et le chlore existent dans un rapport 1:1 dans ce composé, le nombre de coordination pour l'ion chlorure dans ce cas est 8.

Oxyde de titane (TiO₂) est un exemple de structure cristalline contenant des anions et des cations dans un rapport 2:1. Ainsi, l'unité fondamentale du réseau est tétraédrique: chaque Ti⁴⁺ cation est au milieu de six O^2-ions, tandis que chaque O^2-l'ion a trois Ti immédiats⁴⁺ voisins.

Le numéro de coordination pour Ti⁴⁺ est 6, tandis que celui de l'O^2-l'ion est 3. Cela a un sens chimique puisque la formule TiO₂ implique qu'il existe deux fois plus d'ions oxygène dans ce composé que les ions titane.