Como calcular um número de coordenação

Certos tipos de átomos formam estruturas repetidas tridimensionais regulares quando se ligam a outros elementos. Esses padrões de repetição são chamados de redes cristalinas e são característicos de sólidos iônicos ou compostos que contêm ligações iônicas, como o sal de cozinha (muito mais abaixo).

Esses cristais têm pequenas seções repetidas que ostentam cátions, ou átomos carregados positivamente, em seu centro. Este átomo central está geometricamente associado a um certo número de ânions por meio de um de vários padrões familiares. Cada ânion, por sua vez, pode ser imaginado como sentado no centro de sua própria unidade de repetição e associado a um certo número de cátions, que pode ser o mesmo número ou um número diferente do cátion no centro exemplo.
Este número, chamado de número de coordenação ou ligância, aplica-se a íons em vez de átomos "nativos" e determina a forma tridimensional maior do sólido de maneiras previsíveis que se relacionam com a arquitetura atômica fundamental. Ele também determina a cor devido a distâncias específicas e únicas entre os elétrons e outros componentes da rede cristalina.

Se acontecer de você ter acesso a modelos tridimensionais de padrões comuns de rede de cristal, você pode inspecionar visualmente um "unidade" da perspectiva do ânion e do cátion e veja quantos "braços" alcançam o íon oposto cobrar. Na maioria dos casos, entretanto, você terá que contar com uma combinação de pesquisa online e o uso de fórmulas moleculares.

Exemplo: A fórmula para o composto iônico Cloreto de Sódio, ou sal de cozinha, é NaCl. Isso significa que cada cátion deve ter exatamente um ânion associado a ele; na linguagem da ligância, isso significa que o cátion Na⁺ e o ânion Cl⁻ têm o mesmo número de coordenação.

Após a inspeção, a estrutura do NaCl mostra cada Na⁺ íon tendo um Cl⁻ vizinho acima e abaixo, à esquerda e à direita, e à frente e atrás. O mesmo é verdade para o Cl⁻ perspectiva. O número de coordenação para ambos os íons é 6.

Os cátions e ânions apresentam uma razão molecular de 1: 1 em um cristal, o que significa que eles têm o mesmo número de coordenação, mas isso não significa que o número seja fixado em 6. O número 6 é um número conveniente no espaço tridimensional por causa da simetria cima-baixo-direita-esquerda-frente-trás. Mas e se essas "conexões" fossem orientadas diagonalmente, como se apontassem para fora do centro de um cubo em direção a todos os seus cantos?

Na verdade, é assim que a rede de cloreto de césio, ou CsCl, é organizada. O césio e o sódio têm o mesmo número de elétrons de valência, portanto, em teoria, o NaCl e o CsCl podem exibir cristais semelhantes. No entanto, um íon de césio é muito mais massivo do que um íon de sódio e, como ocupa mais espaço, é melhor acomodado com um número de coordenação de 8. Agora, os íons vizinhos são encontrados puramente ao longo das diagonais; eles estão mais distantes do que no NaCl, mas também mais numerosos.

Como o césio e o cloro existem em uma proporção de 1: 1 neste composto, o número de coordenação para o íon cloreto neste caso é 8.

Óxido de titânio (TiO₂) é um exemplo de estrutura cristalina contendo ânions e cátions em uma proporção de 2: 1. Portanto, a unidade fundamental da rede é tetraédrica: cada Ti⁴⁺ cátion está entre seis O^2-íons, enquanto cada O^2-íon tem três Ti imediatos⁴⁺ vizinhos.

O número de coordenação para Ti⁴⁺ é 6, enquanto o do O^2-íon é 3. Isso faz sentido químico, pois a fórmula TiO₂ implica que existem duas vezes mais íons de oxigênio neste composto do que íons de titânio.