Hvordan beregne et koordineringsnummer

Visse typer atomer danner regelmessige tredimensjonale repeterende strukturer når de binder seg til andre elementer. Disse repeterende mønstrene kalles krystallgitter, og de er karakteristiske for ioniske faste stoffer, eller forbindelser som inneholder ioniske bindinger, for eksempel bordsalt (mye mer nedenfor).

Disse krystallene har små gjentatte seksjoner som kan skryte kationer, eller positivt ladede atomer, i sentrum. Dette sentrale atomet er geometrisk assosiert med et visst antall anioner via et av en rekke kjente mønstre. Hver anion kan i sin tur tenkes å sitte i sentrum av sin egen gjentakende enhet og assosiere med en et visst antall kationer, som kan være det samme nummeret eller et annet tall som i kationen i sentrum eksempel.
Dette nummeret, kalt koordineringsnummer eller ligancy, gjelder ioner i stedet for "native" atomer og bestemmer den større tredimensjonale formen på det faste stoffet på forutsigbare måter som er relatert til grunnleggende atomarkitektur. Det bestemmer også fargen på grunn av spesifikke og unike avstander mellom elektroner og andre komponenter i krystallgitteret.

Hvis du tilfeldigvis har tilgang til tredimensjonale modeller av vanlige krystallgittermønstre, kan du visuelt inspisere en "enhet" fra både anionens og kationens perspektiv og se hvor mange "armer" som strekker seg ut mot det motsatte ionet lade. I de fleste tilfeller må du imidlertid stole på en kombinasjon av online forskning og bruk av molekylære formler.

Eksempel: Formelen for den ioniske forbindelsen natriumklorid, eller bordsalt, er NaCl. Dette betyr at hvert kation bør ha nøyaktig ett anion assosiert med seg; på ligancy-språket betyr dette at kationen Na⁺ og anionen Cl⁻ har samme koordineringsnummer.

Ved inspeksjon viser strukturen til NaCl hver Na⁺ ion som har en Cl⁻ nabo over og under, til venstre og til høyre, og foran og bak. Det samme gjelder fra Cl⁻ perspektiv. Koordinasjonsnummeret for begge ioner er 6.

Kationer og anioner presenterer et molekylforhold på 1: 1 i en krystall, noe som betyr at de har samme koordinasjonstall, men dette betyr ikke at tallet er fast på 6. Tallet 6 er et praktisk tall i et tredimensjonalt rom på grunn av symmetri opp-ned-høyre-venstre-fremover-bakover. Men hva om disse "forbindelsene" var orientert diagonalt, som om de pekte bort fra midten av en kube mot alle hjørnene?

Faktisk er dette hvordan gitteret av cesiumklorid, eller CsCl, er ordnet. Cesium og natrium har samme antall valenselektroner, så i teorien kan NaCl og CsCl utvise lignende krystaller. Imidlertid er et cesiumion langt mer massivt enn et natriumion, og fordi det tar mer plass, er det bedre plass til et koordinasjonstall på 8. Nå finnes naboioner bare langs diagonaler; de er fjernere enn i NaCl, men også flere.

Fordi cesium og klor eksisterer i forholdet 1: 1 i denne forbindelsen, er koordinasjonstallet for kloridionet i dette tilfellet 8.

Titanoksid (TiO₂) er et eksempel på en krystallstruktur som inneholder anioner og kationer i forholdet 2: 1. Så, den grunnleggende enheten til gitteret er tetraeder: Hver Ti⁴⁺ kation er midt seks O^2-ioner, mens hver O^2-ion har tre umiddelbare Ti⁴⁺ naboer.

Koordineringsnummeret for Ti⁴⁺ er 6, mens den for O^2-ion er 3. Dette gir kjemisk mening siden formelen TiO₂ antyder at det eksisterer dobbelt så mange oksygenioner i denne forbindelsen som titanioner.