Određene vrste atoma tvore pravilne trodimenzionalne strukture koje se ponavljaju kada se povežu s drugim elementima. Ti se obrasci koji se ponavljaju nazivaju kristalne rešetke i karakteristični su za ionske krutine ili spojeve koji sadrže ionske veze, poput kuhinjske soli (mnogo više u nastavku).
Ti kristali imaju malene ponavljajuće dijelove koji se mogu pohvaliti kationi, ili pozitivno nabijeni atomi, u njihovom središtu. Ovaj središnji atom geometrijski je povezan s određenim brojem anioni putem jednog od niza poznatih obrazaca. Svaki anion zauzvrat može se zamisliti kao da sjedi u središtu vlastite jedinice koja se ponavlja i povezuje se s određeni broj kationa, koji može biti isti broj ili različit broj kao u kationu u središtu primjer.
Ovaj broj, nazvan koordinacijski broj ili ligancija, odnosi se na ione, a ne na "nativne" atome i određuje veći trodimenzionalni oblik krutine na predvidljive načine koji se odnose na temeljnu atomsku arhitekturu. Također određuje boju zahvaljujući specifičnim i jedinstvenim udaljenostima između elektrona i drugih komponenata kristalne rešetke.
Određivanje koordinacijskog broja
Ako vam se dogodi da imate pristup trodimenzionalnim modelima uobičajenih kristalnih rešetki, možete ih vizualno pregledati "jedinica" iz perspektive i aniona i kationa i vidi koliko "krakova" dopire do iona suprotne naplatiti. U većini slučajeva, međutim, morat ćete se osloniti na kombinaciju mrežnih istraživanja i korištenja molekularnih formula.
Primjer: Formula za ionski spoj natrijev klorid, ili kuhinjska sol, je NaCl. To znači da bi svaki kation trebao imati povezan točno jedan anion; jezikom ligancije to znači da je kation Na+ a anion Cl− imaju isti koordinacijski broj.
Nakon pregleda, struktura NaCl pokazuje svaki Na+ ion koji ima Cl− susjed gore i dolje, slijeva i zdesna i naprijed i straga. Isto vrijedi i iz Cl− perspektiva. Koordinacijski broj za oba iona je 6.
Koordinacijski broj težeg iona
Kationi i anioni predstavljaju molekulski omjer 1: 1 u kristalu, što znači da imaju isti koordinacijski broj, ali to ne znači da je taj broj fiksiran na 6. Broj 6 prikladan je broj u trodimenzionalnom prostoru zbog simetrije gore-dolje-lijevo-naprijed-natrag. Ali što ako bi te "veze" bile orijentirane dijagonalno, kao da usmjeravaju od središta kocke prema svim njezinim uglovima?
Zapravo je tako uređena rešetka cezijevog klorida ili CsCl. Cezij i natrij imaju jednak broj valentnih elektrona, pa bi u teoriji NaCl i CsCl mogli pokazivati slične kristale. Međutim, cezijev ion je daleko masivniji od natrijevog, a budući da zauzima više prostora, bolje je prilagoditi ga koordinacijskim brojem 8. Sad se susjedni ioni nalaze čisto duž dijagonala; udaljeniji su nego u NaCl, ali i brojniji.
Budući da cezij i klor postoje u omjeru 1: 1 u ovom spoju, koordinacijski broj za kloridni ion u ovom je slučaju 8.
Primjer nejednakog koordinacijskog broja
Titanov oksid (TiO2) je primjer kristalne strukture koja sadrži anione i katione u omjeru 2: 1. Dakle, temeljna jedinica rešetke je tetraedar: Svaki Ti4+ kation je usred šest O2-iona, dok svaki O2-ion ima tri neposredna Ti4+ Komšije.
Koordinacijski broj za Ti4+ je 6, dok je O2-ion je 3. To ima kemijskog smisla od formule TiO2 podrazumijeva da u ovom spoju postoji dvostruko više iona kisika nego iona titana.