Tam tikros atomų rūšys, jungdamosi su kitais elementais, formuoja taisyklingas trimačias pasikartojančias struktūras. Šie besikartojantys modeliai vadinami kristalinėmis gardelėmis ir yra būdingi joninėms kietosioms medžiagoms arba junginiams, kuriuose yra joninių ryšių, pavyzdžiui, valgomajai druskai (daug daugiau žemiau).
Šie kristalai turi mažas pasikartojančias dalis, kurios didžiuojasi katijonai, arba teigiamai įkrauti atomai, jų centre. Šis centrinis atomas geometriškai susijęs su tam tikru skaičiumi anijonai per vieną iš daugelio pažįstamų modelių. Kiekvienas anijonas savo ruožtu gali būti įsivaizduojamas kaip sėdintis savo besikartojančio vieneto centre ir bendraujantis su a tam tikras katijonų skaičius, kuris gali būti tas pats skaičius arba kitoks skaičius kaip katijono centre pavyzdys.
Šis numeris, vadinamas koordinavimo numeris arba raištis, taikoma jonams, o ne „vietiniams“ atomams, ir nuspėja didesnę kietosios medžiagos trimatę formą nuspėjamais būdais, susijusiais su pagrindine atomine architektūra. Jis taip pat nustato spalvą dėl specifinių ir unikalių atstumų tarp elektronų ir kitų kristalinės gardelės komponentų.
Koordinavimo numerio nustatymas
Jei atsitiks, kad turite prieigą prie trijų matmenų bendrų kristalinių gardelių modelių modelių, galite vizualiai apžiūrėti vieną „vienetas“ tiek iš anijono, tiek iš katijono perspektyvos ir mato, kiek „rankų“ siekia priešingos jonės mokestis. Tačiau daugeliu atvejų turėsite pasikliauti internetinių tyrimų deriniu ir naudoti molekulines formules.
Pavyzdys: Joninio junginio formulė natrio chloridasarba valgomoji druska yra NaCl. Tai reiškia, kad kiekviename katijone turėtų būti tiksliai vienas anijonas; perrišimo kalba tai reiškia, kad katijonas Na+ ir anijonas Cl− turi tą patį koordinavimo numerį.
Patikrinus, NaCl struktūra rodo kiekvieną Na+ jonas, turintis Cl− kaimynas viršuje ir apačioje, kairėje ir dešinėje, priekyje ir užpakalyje. Tas pats pasakytina ir iš Cl− perspektyva. Abiejų jonų koordinacijos skaičius yra 6.
Sunkesnio jono koordinacinis numeris
Katijonai ir anijonai turi kristalų molekulinį santykį 1: 1, o tai reiškia, kad jie turi tą patį koordinacinį skaičių, tačiau tai nereiškia, kad skaičius yra fiksuotas 6. Skaičius 6 yra patogus skaičius trimatėje erdvėje dėl simetrijos aukštyn-žemyn-dešinėn-kairėn-pirmyn-atgal. Bet kas būtų, jei šios „jungtys“ būtų nukreiptos įstrižai, tarsi nukreiptos nuo kubo centro į visus jo kampus?
Tiesą sakant, taip išdėstoma cezio chlorido arba CsCl grotelės. Cezis ir natris turi tą patį valentinių elektronų skaičių, todėl teoriškai NaCl ir CsCl kristalai gali būti panašūs. Tačiau cezio jonas yra daug masyvesnis nei natrio jonas, ir kadangi jis užima daugiau vietos, jį geriau pritaikyti, kai jo koordinacinis skaičius yra 8. Dabar kaimyniniai jonai randami greta įstrižainių; jie yra labiau nutolę nei NaCl, bet ir daugiau.
Kadangi šiame junginyje cezio ir chloro santykis yra 1: 1, chlorido jono koordinacijos skaičius šiuo atveju yra 8.
Nevienodo koordinavimo numerio pavyzdys
Titano oksidas (TiO2) yra kristalų struktūros, kurioje anijonai ir katijonai yra santykiu 2: 1, pavyzdys. Taigi, pagrindinis grotelių vienetas yra tetraedrinis: kiekvienas Ti4+ katijonas yra tarp šešių O2-jonai, o kiekvienas O2-jonas turi tris tiesioginius Ti4+ kaimynai.
Ti koordinavimo numeris4+ yra 6, o O2-jonas yra 3. Tai daro cheminę prasmę, nes formulė TiO2 reiškia, kad šiame junginyje yra dvigubai daugiau deguonies jonų nei titano jonų.