Anumite tipuri de atomi formează structuri repetate tridimensionale regulate atunci când se leagă cu alte elemente. Aceste modele care se repetă se numesc rețele de cristal și sunt caracteristice solidelor ionice sau compușilor care conțin legături ionice, cum ar fi sarea de masă (mult mai jos).
Aceste cristale au secțiuni mici care se repetă, care se laudă cationii, sau atomi încărcați pozitiv, în centrul lor. Acest atom central este asociat geometric cu un anumit număr de anioni printr-unul dintre numeroasele tipare familiare. Fiecare anion la rândul său poate fi imaginat ca așezat în centrul propriei sale unități repetitive și asociat cu un un anumit număr de cationi, care pot fi același număr sau un număr diferit ca în cationul din centru exemplu.
Acest număr, numit număr de coordonare sau ligancy, se aplică mai degrabă ionilor decât atomilor „nativi” și determină forma tridimensională mai mare a solidului în moduri predictibile care se raportează la arhitectura atomică fundamentală. De asemenea, determină culoarea datorită distanțelor specifice și unice dintre electroni și alte componente ale rețelei de cristal.
Determinarea numărului de coordonare
Dacă se întâmplă să aveți acces la modele tridimensionale de tipare de rețea de cristal obișnuite, puteți inspecta vizual una „unitate” din perspectiva atât a anionului, cât și a cationului și vedeți câte „brațe” ajung la ionul opus încărca. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, va trebui să vă bazați pe o combinație de cercetare online și utilizarea formulelor moleculare.
Exemplu: Formula pentru compusul ionic clorura de sodiu, sau sare de masă, este NaCI. Aceasta înseamnă că fiecare cation ar trebui să aibă exact un anion asociat; în limbajul liganței, aceasta înseamnă că cationul Na+ iar anionul Cl− au același număr de coordonare.
La inspecție, structura NaCl arată fiecare Na+ ion având un Cl− vecin deasupra și dedesubt, la stânga și la dreapta, și înainte și în spate. Același lucru este valabil și din Cl− perspectivă. Numărul de coordonare pentru ambii ioni este 6.
Numărul de coordonare a unui ion mai greu
Cationii și anionii prezintă un raport molecular 1: 1 într-un cristal, ceea ce înseamnă că au același număr de coordonare, dar acest lucru nu înseamnă că numărul este fixat la 6. Numărul 6 este un număr convenabil în spațiul tridimensional datorită simetriei sus-jos-dreapta-stânga-înainte-înapoi. Dar dacă aceste „conexiuni” ar fi orientate în diagonală, ca și cum ar fi îndreptate spre centrul unui cub spre toate colțurile sale?
De fapt, așa este aranjată rețeaua clorurii de cesiu sau CsCl. Cesiul și sodiul au același număr de electroni de valență, deci în teorie NaCl și CsCl ar putea prezenta cristale similare. Cu toate acestea, un ion de cesiu este mult mai masiv decât un ion de sodiu și, deoarece ocupă mai mult spațiu, este mai bine găzduit cu un număr de coordonare de 8. Acum, ionii vecini se găsesc pur de-a lungul diagonalelor; sunt mai îndepărtați decât în NaCl, dar și mai numeroși.
Deoarece cesiul și clorul există într-un raport 1: 1 în acest compus, numărul de coordonare pentru ionul clorură în acest caz este 8.
Exemplu de număr de coordonare inegal
Oxid de titan (TiO2) este un exemplu de structură cristalină care conține anioni și cationi într-un raport 2: 1. Deci, unitatea fundamentală a rețelei este tetraedrică: fiecare Ti4+ cation este în mijlocul șase O2-ioni, în timp ce fiecare O2-ionul are trei Ti imediate4+ vecini.
Numărul de coordonare pentru Ti4+ este 6, în timp ce cel al lui O2-ionul este 3. Acest lucru are sens chimic, deoarece formula TiO2 implică faptul că există în acest compus de două ori mai mulți ioni de oxigen decât ionii de titan.