Pewne rodzaje atomów tworzą regularne trójwymiarowe, powtarzające się struktury, gdy łączą się z innymi pierwiastkami. Te powtarzające się wzory nazywane są sieciami krystalicznymi i są charakterystyczne dla jonowych ciał stałych lub związków zawierających wiązania jonowe, takich jak sól kuchenna (znacznie więcej poniżej).
Te kryształy mają małe, powtarzające się sekcje, które mogą się pochwalić kationylub dodatnio naładowane atomy w ich centrum. Ten centralny atom jest geometrycznie powiązany z pewną liczbą aniony za pomocą jednego z wielu znanych wzorców. Każdy anion z kolei można sobie wyobrazić jako siedzący w centrum własnej powtarzającej się jednostki i związany z określona liczba kationów, która może być taka sama lub inna jak w centrum kationu przykład.
Ten numer, zwany numer koordynacyjny lub ligancy, dotyczy jonów, a nie „rodzimych” atomów i określa większy trójwymiarowy kształt ciała stałego w przewidywalny sposób, który odnosi się do podstawowej architektury atomowej. Określa również kolor dzięki określonym i niepowtarzalnym odległościom między elektronami a innymi składnikami sieci krystalicznej.
Ustalanie numeru koordynacyjnego
Jeśli zdarzy ci się mieć dostęp do trójwymiarowych modeli typowych wzorców sieci krystalicznej, możesz obejrzeć jeden z nich "jednostka" z perspektywy zarówno anionu jak i kationu i zobacz ile "ramion" sięga do jonu przeciwnego opłata. Jednak w większości przypadków będziesz musiał polegać na połączeniu badań online i formuł molekularnych.
Przykład: Wzór na związek jonowy chlorek sodulub sól kuchenna, to NaCl. Oznacza to, że z każdym kationem powinien być powiązany dokładnie jeden anion; w języku ligancy oznacza to, że kation Na+ i anion Cl− mają ten sam numer koordynacyjny.
Po inspekcji struktura NaCl pokazuje każdy Na+ jon mający Cl− sąsiad na górze i na dole, z lewej iz prawej, z przodu iz tyłu. To samo dotyczy Cl− perspektywiczny. Liczba koordynacyjna dla obu jonów to 6.
Numer koordynacyjny cięższego jonu
Kationy i aniony wykazują w krysztale stosunek cząsteczkowy 1:1, co oznacza, że mają taką samą liczbę koordynacyjną, ale nie oznacza to, że liczba ta jest ustalona na 6. Liczba 6 jest wygodną liczbą w przestrzeni trójwymiarowej ze względu na symetrię góra-dół-prawo-lewo-przód-tył. Ale co by było, gdyby te „połączenia” były zorientowane po przekątnej, jakby skierowane od środka sześcianu w kierunku wszystkich jego rogów?
W rzeczywistości tak układa się sieć chlorku cezu, czyli CsCl. Cez i sód mają taką samą liczbę elektronów walencyjnych, więc teoretycznie NaCl i CsCl mogą wykazywać podobne kryształy. Jednak jon cezu jest znacznie bardziej masywny niż jon sodu, a ponieważ zajmuje więcej miejsca, jest lepiej przystosowany do liczby koordynacyjnej 8. Teraz sąsiednie jony znajdują się wyłącznie po przekątnych; są bardziej odległe niż w NaCl, ale też liczniejsze.
Ponieważ cez i chlor występują w tym związku w stosunku 1:1, liczba koordynacyjna dla jonu chlorkowego w tym przypadku wynosi 8.
Przykład nierównego numeru koordynacyjnego
Tlenek tytanu (TiO2) jest przykładem struktury krystalicznej zawierającej aniony i kationy w stosunku 2:1. Tak więc podstawową jednostką sieci jest czworościan: Każdy Ti4+ kation jest pośród sześciu O2-jony, podczas gdy każdy O2-jon ma trzy natychmiastowe Ti4+ sąsiedzi.
Numer koordynacyjny dla Ti4+ ma 6, podczas gdy O2-jon to 3. Ma to sens chemiczny, ponieważ wzór TiO2 oznacza, że w związku tym występuje dwa razy więcej jonów tlenu niż jonów tytanu.