Come calcolare un numero di coordinamento

Alcuni tipi di atomi formano strutture ripetitive tridimensionali regolari quando si legano ad altri elementi. Questi modelli ripetuti sono chiamati reticoli cristallini e sono caratteristici dei solidi ionici o dei composti che contengono legami ionici, come il sale da cucina (molto più sotto).

Questi cristalli hanno piccole sezioni ripetute che si vantano cationi, o atomi con carica positiva, al loro centro. Questo atomo centrale è geometricamente associato ad un certo numero di anioni tramite uno dei numerosi schemi familiari. Ogni anione, a sua volta, può essere immaginato come seduto al centro della propria unità ripetitiva e associato a a certo numero di cationi, che può essere lo stesso numero o un numero diverso come nel catione al centro esempio.
Questo numero, chiamato numero di coordinazione o leganza, si applica agli ioni piuttosto che agli atomi "nativi" e determina la maggiore forma tridimensionale del solido in modi prevedibili che si riferiscono all'architettura atomica fondamentale. Determina anche il colore a causa di distanze specifiche e uniche tra gli elettroni e altri componenti del reticolo cristallino.

Se ti capita di avere accesso a modelli tridimensionali di schemi comuni di reticolo cristallino, puoi ispezionarne uno visivamente "unità" dal punto di vista sia dell'anione che del catione e vedere quante "braccia" si protendono verso lo ione opposto caricare. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, dovrai fare affidamento su una combinazione di ricerche online e sull'utilizzo di formule molecolari.

Esempio: La formula per il composto ionico cloruro di sodio, o sale da cucina, è NaCl. Ciò significa che ogni catione dovrebbe avere esattamente un anione associato; nel linguaggio della legatura, ciò significa che il catione Na⁺ e l'anione Cl⁻ hanno lo stesso numero di coordinamento.

Dopo l'ispezione, la struttura di NaCl mostra ogni Na⁺ ione avente un Cl⁻ vicino sopra e sotto, a sinistra e a destra, avanti e dietro. Lo stesso vale per Cl⁻ prospettiva. Il numero di coordinazione per entrambi gli ioni è 6.

I cationi e gli anioni presentano un rapporto molecolare 1:1 in un cristallo, il che significa che hanno lo stesso numero di coordinazione, ma questo non significa che il numero sia fissato a 6. Il numero 6 è un numero conveniente nello spazio tridimensionale a causa della simmetria su-giù-destra-sinistra-avanti-indietro. Ma cosa accadrebbe se queste "connessioni" fossero orientate in diagonale, come se puntassero dal centro di un cubo verso tutti i suoi angoli?

In effetti, è così che è organizzato il reticolo del cloruro di cesio, o CsCl. Cesio e sodio hanno lo stesso numero di elettroni di valenza, quindi in teoria NaCl e CsCl potrebbero presentare cristalli simili. Tuttavia, uno ione cesio è molto più massiccio di uno ione sodio e, poiché occupa più spazio, è meglio adattato con un numero di coordinazione di 8. Ora, gli ioni vicini si trovano puramente lungo le diagonali; sono più distanti che in NaCl, ma anche più numerosi.

Poiché cesio e cloro esistono in un rapporto 1:1 in questo composto, il numero di coordinazione per lo ione cloruro in questo caso è 8.

Ossido di titanio (TiO₂) è un esempio di una struttura cristallina contenente anioni e cationi in un rapporto 2:1. Quindi, l'unità fondamentale del reticolo è tetraedrica: ogni Ti⁴⁺ cazione è tra le sei O^2-ioni, mentre ogni O^2-ione ha tre Ti. immediati⁴⁺ vicinato.

Il numero di coordinamento per Ti⁴⁺ è 6, mentre quello di O^2-lo ione è 3. Questo ha senso chimico poiché la formula TiO₂ implica che in questo composto esistono il doppio degli ioni ossigeno rispetto agli ioni titanio.