Определенные виды атомов образуют регулярные трехмерные повторяющиеся структуры, когда соединяются с другими элементами. Эти повторяющиеся узоры называются кристаллическими решетками, и они характерны для ионных твердых веществ или соединений, содержащих ионные связи, таких как поваренная соль (подробнее см. Ниже).
Эти кристаллы имеют крошечные повторяющиеся части, которые могут похвастаться катионы, или положительно заряженные атомы, в их центре. Этот центральный атом геометрически связан с определенным числом атомов анионы с помощью одного из ряда знакомых шаблонов. Каждый анион, в свою очередь, можно представить себе как сидящий в центре своей собственной повторяющейся единицы и связанный с определенное количество катионов, которое может быть таким же или другим числом, как в катионе в центре пример.
Этот номер, названный координационный номер или же связка, применяется к ионам, а не к «собственным» атомам, и определяет большую трехмерную форму твердого тела предсказуемыми способами, которые связаны с фундаментальной атомной архитектурой. Он также определяет цвет из-за определенных и уникальных расстояний между электронами и другими компонентами кристаллической решетки.
Определение координационного числа
Если у вас есть доступ к трехмерным моделям обычных узоров кристаллической решетки, вы можете визуально осмотреть их. «единица» с точки зрения как аниона, так и катиона, и посмотрите, сколько «рукавов» тянется к иону противоположной заряжать. Однако в большинстве случаев вам придется полагаться на сочетание онлайн-исследований и использования молекулярных формул.
Пример: Формула ионного соединения хлорид натрия, или поваренная соль, - это NaCl. Это означает, что с каждым катионом должен быть связан ровно один анион; на языке лигантов это означает, что катион Na+ и анион Cl− иметь одинаковый координационный номер.
При осмотре структура NaCl показывает, что каждый Na+ ион, имеющий Cl− сосед сверху и снизу, слева и справа, впереди и сзади. То же самое и с Cl− перспектива. Координационное число для обоих ионов равно 6.
Координационное число более тяжелого иона.
Катионы и анионы представляют собой молекулярное соотношение 1: 1 в кристалле, что означает, что они имеют одинаковое координационное число, но это не означает, что число фиксировано на 6. Число 6 - удобное число в трехмерном пространстве из-за симметрии вверх-вниз-вправо-влево-вперед-назад. Но что, если бы эти «связи» были ориентированы по диагонали, как если бы они указывали от центра куба ко всем его углам?
Собственно, так устроена решетка хлорида цезия, или CsCl. Цезий и натрий имеют одинаковое количество валентных электронов, поэтому теоретически NaCl и CsCl могут образовывать похожие кристаллы. Однако ион цезия намного массивнее, чем ион натрия, и, поскольку он занимает больше места, его лучше приспособить к координационному числу 8. Теперь соседние ионы находятся чисто по диагоналям; они более далекие, чем в NaCl, но и более многочисленны.
Поскольку цезий и хлор существуют в этом соединении в соотношении 1: 1, координационное число для хлорид-иона в данном случае равно 8.
Пример неравного координационного числа
Оксид титана (TiO2) является примером кристаллической структуры, содержащей анионы и катионы в соотношении 2: 1. Итак, основная единица решетки - тетраэдр: каждый Ti4+ катион среди шести O2-ионов, а каждые O2-ион имеет три непосредственных Ti4+ соседи.
Координационное число для Ti4+ равно 6, а у O2-ion равно 3. Это имеет химический смысл, поскольку формула TiO2 означает, что в этом соединении содержится в два раза больше ионов кислорода, чем ионов титана.