Hur man beräknar ett samordningsnummer

Vissa typer av atomer bildar regelbundna tredimensionella upprepande strukturer när de binder med andra element. Dessa upprepande mönster kallas kristallgitter, och de är karakteristiska för joniska fasta ämnen eller föreningar som innehåller jonbindningar, såsom bordssalt (mycket mer nedan).

Dessa kristaller har små upprepande sektioner som skryter katjoner, eller positivt laddade atomer, i deras centrum. Denna centrala atom är geometriskt associerad med ett visst antal anjoner via ett av ett antal bekanta mönster. Varje anjon kan i sin tur ses som att sitta i mitten av sin egen upprepande enhet och associera med en visst antal katjoner, som kan vara samma antal eller ett annat antal som i katjonen i centrum exempel.
Detta nummer, kallat samordningsnummer eller ligancy, gäller joner snarare än "nativa" atomer och bestämmer den större tredimensionella formen av det fasta ämnet på förutsägbara sätt som relaterar till grundläggande atomarkitektur. Det bestämmer också färgen på grund av specifika och unika avstånd mellan elektroner och andra komponenter i kristallgitteret.

Om du råkar ha tillgång till tredimensionella modeller av vanliga kristallgittermönster kan du visuellt inspektera en "enhet" från både anjonens och katjonens perspektiv och se hur många "armar" når ut till motsatt jon avgift. I de flesta fall måste du dock lita på en kombination av online-forskning och användning av molekylära formler.

Exempel: Formeln för den joniska föreningen natriumklorideller bordssalt är NaCl. Detta betyder att varje katjon borde ha exakt en anjon associerad med sig; på ligantspråket betyder detta att katjonen Na⁺ och anjonen Cl⁻ har samma koordinationsnummer.

Vid inspektion visar strukturen av NaCl varje Na⁺ jon med en Cl⁻ granne ovan och under, till vänster och till höger, och framåt och bakom. Detsamma gäller från Cl⁻ perspektiv. Koordinationsnumret för båda jonerna är 6.

Katjoner och anjoner presenterar ett molekylförhållande 1: 1 i en kristall, vilket innebär att de har samma koordinationsnummer, men detta betyder inte att antalet är fixerat till 6. Siffran 6 är ett bekvämt tal i tredimensionellt utrymme på grund av upp-ner-höger-vänster-framåt-bakåt-symmetri. Men tänk om dessa "anslutningar" var orienterade diagonalt, som om de pekade bort från kubens centrum mot alla dess hörn?

I själva verket är detta hur gitteret av cesiumklorid, eller CsCl, är ordnat. Cesium och natrium har samma antal valenselektroner, så i teorin kan NaCl och CsCl uppvisa liknande kristaller. En cesiumjon är emellertid mycket mer massiv än en natriumjon, och eftersom den tar mer utrymme ryms den bättre med ett koordinationsnummer på 8. Nu finns närliggande joner rent längs diagonaler; de är mer avlägsna än i NaCl, men också fler.

Eftersom cesium och klor finns i förhållandet 1: 1 i denna förening är koordinationsnumret för kloridjonen i detta fall 8.

Titanoxid (TiO₂) är ett exempel på en kristallstruktur som innehåller anjoner och katjoner i förhållandet 2: 1. Så, den grundläggande enheten för gitteret är tetraedral: Varje Ti⁴⁺ katjonen är mellan sex O^2-joner, medan varje O^2-jon har tre omedelbara Ti⁴⁺ grannar.

Samordningsnumret för Ti⁴⁺ är 6, medan den för O^2-jon är 3. Detta är kemiskt förnuftigt eftersom formeln TiO₂ antyder att det finns dubbelt så många syrejoner i denna förening som titanjoner.