Певні типи атомів утворюють регулярні тривимірні повторювані структури, коли вони зв’язуються з іншими елементами. Ці повторювані візерунки називаються кристалічними гратами, і вони характерні для іонних твердих речовин або сполук, що містять іонні зв’язки, таких як кухонна сіль (набагато більше нижче).
Ці кристали мають крихітні повторювані ділянки, які можуть похвалитися катіони, або позитивно заряджені атоми, в їх центрі. Цей центральний атом геометрично пов'язаний з певною кількістю аніони за допомогою одного з ряду звичних шаблонів. Кожен аніон, у свою чергу, можна уявити, що він сидить у центрі своєї власної повторюваної одиниці та асоціюється з певна кількість катіонів, яка може бути тим самим чи іншим числом, що і в катіоні в центрі приклад.
Цей номер, що називається координаційний номер або вірність, застосовується до іонів, а не до "природних" атомів, і визначає більшу тривимірну форму твердого тіла передбачуваними способами, що стосуються фундаментальної атомної архітектури. Він також визначає колір через специфічну та унікальну відстань між електронами та іншими компонентами кристалічної решітки.
Визначення координаційного номера
Якщо у вас трапляється доступ до тривимірних моделей звичайних кришталевих гратчастих малюнків, ви можете візуально їх оглянути "одиниця" з точки зору як аніона, так і катіона, і подивіться, скільки "рук" тягнеться до іона протилежного заряду. Однак у більшості випадків доводиться покладатися на поєднання онлайн-досліджень та використання молекулярних формул.
Приклад: Формула іонної сполуки хлористий натрій, або кухонна сіль, - NaCl. Це означає, що кожен катіон повинен мати з ним пов’язаний рівно один аніон; мовою ліганності це означає, що катіон Na+ і аніон Cl− мають однаковий координаційний номер.
При огляді структура NaCl показує кожен Na+ іон, що має Cl− сусід зверху і знизу, ліворуч і праворуч, а попереду і ззаду. Те саме стосується і Cl− перспектива. Координаційне число для обох іонів - 6.
Номер координації важчого іона
Катіони та аніони мають молекулярне співвідношення 1: 1 у кристалі, що означає, що вони мають однакове координаційне число, але це не означає, що число зафіксовано на рівні 6. Число 6 є зручним числом у тривимірному просторі через симетрію вгору-вниз-вправо-вліво-вперед-назад. Але що, якби ці «зв’язки» були орієнтовані по діагоналі, ніби спрямовані від центру куба до всіх його кутів?
Насправді так влаштована решітка хлориду цезію, або CsCl. Цезій і натрій мають однакову кількість валентних електронів, тому теоретично NaCl і CsCl можуть мати подібні кристали. Однак іон цезію набагато масивніший за іон натрію, і оскільки він займає більше місця, його краще розмістити з координаційним числом 8. Тепер сусідні іони знаходяться суто вздовж діагоналей; вони більш віддалені, ніж у NaCl, але також і численніші.
Оскільки цезій та хлор існують у співвідношенні 1: 1 у цій сполуці, координаційне число для хлоридного іона в цьому випадку становить 8.
Приклад нерівного координаційного номера
Оксид титану (TiO2) є прикладом кристалічної структури, що містить аніони та катіони у співвідношенні 2: 1. Отже, основною одиницею решітки є тетраедрик: кожен Ti4+ катіона серед шести О2-іони, тоді як кожен O2-іон має три безпосередніх Ti4+ сусідів.
Координаційний номер для Ti4+ дорівнює 6, тоді як O2-іон дорівнює 3. Це має хімічний сенс, оскільки формула TiO2 мається на увазі, що в цій сполуці існує вдвічі більше іонів кисню, ніж іонів титану.