כיצד לחשב מספר תיאום

סוגים מסוימים של אטומים יוצרים מבנים חוזרים תלת מימדיים קבועים כאשר הם נקשרים עם יסודות אחרים. דפוסים חוזרים אלה נקראים סריגי קריסטל, והם אופייניים למוצקים יוניים, או לתרכובות המכילות קשרים יוניים, כגון מלח שולחן (הרבה יותר בהמשך).

גבישים אלה כוללים קטעים חוזרים ונשנים המתהדרים קטיונים, או אטומים טעונים חיובי, במרכזם. אטום מרכזי זה קשור גיאומטרית למספר מסוים של אניונים באמצעות אחד ממספר הדפוסים המוכרים. ניתן להעלות על הדעת כל אניון בתורו כיושב במרכז היחידה החוזרת על עצמו ומתקשר עם מספר מסוים של קטיונים, שעשויים להיות אותו מספר או מספר שונה כמו בקטיון במרכז דוגמא.
המספר הזה, שנקרא מספר תיאום אוֹ קשירה, חל על יונים ולא על אטומים "מקומיים" וקובע את צורת התלת מימד הגדולה יותר של המוצק בדרכים צפויות המתייחסות לארכיטקטורה אטומית בסיסית. זה גם קובע את הצבע בשל מרחקים ספציפיים וייחודיים בין אלקטרונים ורכיבים אחרים של סריג הקריסטל.

אם במקרה יש לך גישה למודלים תלת מימדיים של דפוסי סריג קריסטל נפוצים, תוכל לבדוק ויזואלית "יחידה" מנקודת המבט של האניון וגם מהקטיון וראו כמה "זרועות" מושיטות אל יון ההפך לחייב. ברוב המקרים, עם זאת, יהיה עליכם להסתמך על שילוב של מחקר מקוון ושימוש בנוסחאות מולקולריות.

דוגמא: הנוסחה לתרכובת היונית נתרן כלורי, או מלח שולחן, הוא NaCl. פירוש הדבר שלכל קטיון צריך להיות קיים בדיוק אניון אחד; בשפת הרצועות, זה אומר שהקטיון Na⁺ והאניון קל⁻ יש את אותו מספר תיאום.

לאחר בדיקה, מבנה NaCl מראה כל Na⁺ יון בעל Cl⁻ שכן למעלה ולמטה, שמאלה וימינה, ומלפנים ומאחור. הדבר נכון גם מה- Cl⁻ נקודת מבט. מספר התיאום לשני היונים הוא 6.

קטיונים ואניונים מציגים יחס מולקולרי 1: 1 בגביש, כלומר יש להם מספר תיאום זהה, אך אין זה אומר שהמספר קבוע ל 6. המספר 6 הוא מספר נוח במרחב תלת מימדי בגלל הסימטריה כלפי מעלה-ימינה-שמאלה-קדימה-אחורה. אך מה אם "החיבורים" הללו היו מכוונים באלכסון, כאילו הצביעו ממרכז קוביה לכיוון כל פינותיה?

למעשה, כך מסודרים סריג צזיום כלוריד, או CsCl. לצזיום ולנתרן יש מספר זהה של אלקטרוני ערכיות, ולכן בתיאוריה NaCl ו- CsCl עשויים להציג גבישים דומים. עם זאת, יון צזיום הוא הרבה יותר מסיבי מאשר יון נתרן, ומכיוון שהוא תופס יותר מקום, הוא יתאים יותר עם מספר תיאום של 8. כעת, יונים שכנים נמצאים אך ורק לאורך אלכסונים; הם רחוקים יותר מאשר ב- NaCl, אך גם רבים יותר.

מכיוון שצזיום וכלור קיימים ביחס של 1: 1 בתרכובת זו, מספר התיאום של יון הכלוריד במקרה זה הוא 8.

תחמוצת טיטניום (TiO₂) היא דוגמה למבנה גביש המכיל אניונים וקטיונים ביחס 2: 1. אז, היחידה הבסיסית של הסריג היא טטרהדרלית: כל Ti⁴⁺ הקטיון נמצא בין שש O^2-יונים, בעוד כל O^2-ליון יש שלושה Ti מיידיים⁴⁺ שכנים.

מספר התיאום עבור Ti⁴⁺ הוא 6 ואילו זה של ה- O^2-יון הוא 3. זה הגיוני כימי מאז הנוסחה TiO₂ מרמז על כך שקיימים בתרכובת זו פי שניים יוני חמצן כמו יוני טיטניום.