A koordinációs szám kiszámítása

Bizonyos típusú atomok szabályos háromdimenziós ismétlődő struktúrákat alkotnak, amikor más elemekkel kötődnek. Ezeket az ismétlődő mintákat kristályrácsoknak nevezzük, és jellemzőek az ionos szilárd anyagokra vagy az ionos kötéseket tartalmazó vegyületekre, például az étkezési sóra (az alábbiakban sokkal többet).

Ezeknek a kristályoknak apró, ismétlődő szakaszai vannak, amelyek büszkélkedhetnek kationok, vagy pozitív töltésű atomok vannak a központjukban. Ez a központi atom geometriai összefüggésben van bizonyos számú atomgal anionok számos ismert minta egyikén keresztül. Minden anion elképzelhető úgy, hogy a saját ismétlődő egységének középpontjában ül, és társul a bizonyos számú kation, amely lehet azonos vagy más számú, mint a kation-at-centerben példa.
Ez a szám, az úgynevezett koordinációs szám vagy kötöttség, az ionokra vonatkozik, nem pedig a "natív" atomokra, és kiszámítható módon meghatározza a szilárd anyag nagyobb háromdimenziós alakját, amely az alapvető atomarchitektúrához kapcsolódik. Meghatározza a színt is az elektronok és a kristályrács egyéb alkatrészei közötti egyedi és egyedi távolságok miatt.

Ha véletlenül hozzáfér a közös kristályrács minták háromdimenziós modelljeihez, akkor szemrevételezéssel megvizsgálhatja az egyiket "egység" az anion és a kation szempontjából egyaránt, és megnézheti, hány "kar" nyúl az ellentétes ionhoz díj. A legtöbb esetben azonban online kutatás kombinációjára és molekuláris képletek alkalmazására kell támaszkodnia.

Példa: Az ionos vegyület képlete nátrium-kloridvagy asztali só NaCl. Ez azt jelenti, hogy minden kationhoz pontosan egy anionhoz kell kapcsolódni; a lekötés nyelvén ez azt jelenti, hogy a Na kation⁺ és a Cl anion⁻ azonos koordinációs számmal rendelkezik.

Ellenőrzéskor a NaCl szerkezete mindegyik Na-t mutatja⁺ Cl-csoportot tartalmazó ion⁻ szomszéd fent és lent, balra és jobbra, valamint előre és mögé. Ugyanez igaz a Cl-ről is⁻ perspektíva. A koordinációs szám mindkét ion esetében 6.

A kationok és az anionok 1: 1 molekulatömeget mutatnak egy kristályban, ami azt jelenti, hogy ugyanaz a koordinációs számuk, de ez nem jelenti azt, hogy a szám fixen 6. A 6-os szám a háromdimenziós térben kényelmes szám, a fel-le-jobbra-balra-előre-hátra szimmetria miatt. De mi lenne, ha ezek a "kapcsolatok" átlósan orientálódnának, mintha egy kocka közepétől távolabb mutatnának minden sarkát?

Valójában így van elrendezve a cézium-klorid, vagy CsCl rács. A cézium és a nátrium ugyanolyan vegyértékű elektronokkal rendelkezik, így elméletileg a NaCl és a CsCl hasonló kristályokat mutathatnak. A cézium-ion azonban sokkal masszívabb, mint a nátrium-ion, és mivel több helyet foglal el, 8-as koordinációs számmal jobban befogadható. Most a szomszédos ionok tisztán átlós mentén találhatók; ezek távolabbi, mint a NaCl-ban, de több is.

Mivel a cézium és a klór 1: 1 arányban létezik ebben a vegyületben, a kloridion koordinációs száma ebben az esetben 8.

Titán-oxid (TiO₂) példa anionokat és kationokat 2: 1 arányban tartalmazó kristályszerkezetre. Tehát a rács alapvető egysége tetraéderes: Minden Ti⁴⁺ kation hat O között van^2-ionok, míg minden O^2-az ionnak három azonnali Ti-je⁴⁺ szomszédok.

A Ti koordinációs száma⁴⁺ értéke 6, míg az Oé^2-ion értéke 3. Ennek kémiai értelme van, mivel a TiO képlet₂ azt jelenti, hogy ebben a vegyületben kétszer annyi oxigénion létezik, mint a titánionoké.