Koordinasyon numarası - Coordination number

Olarak kimya , kristalografi ve malzeme bilimi , koordinasyon sayısı olarak da bilinen, ligancy, bir merkezi bir atomu bir bölgesi , molekülün ya da kristal atom, molekül veya kendisine bağlanmış iyon sayısıdır. Merkezi iyon/molekül/atomu çevreleyen iyon/molekül/atoma ligand denir . Bu sayı, moleküller için kristallerden biraz farklı belirlenir.

Moleküller ve çok atomlu iyonlar için, bir atomun koordinasyon sayısı, basitçe bağlı olduğu diğer atomları sayarak (tek veya çoklu bağlarla) belirlenir. Örneğin, [Cr(NH 3 ) 2 Cl 2 Br 2 ] , koordinasyon sayısı 6 olan ve heksakoordinat olarak tanımlanan, merkezi katyonu olarak Cr 3 +'ya sahiptir . Ortak koordinasyon sayıları 4 , 6 ve 8'dir.

Moleküller, çok atomlu iyonlar ve koordinasyon kompleksleri

12 koordinatlı metal merkeze sahip gazlı U(BH 4 ) 4'ün top ve çubuk modeli .
[Co(NH 3 ) 6 ] 3+ , oktahedral moleküler geometriye sahip 6 koordinatlı metal merkeze sahiptir .
2 koordinatlı metal merkeze sahip kloro(trifenilfosfin)altın(I) .

Kimyada, ilk olarak 1893'te Alfred Werner tarafından tanımlanan koordinasyon sayısı (CN), bir molekül veya iyondaki merkezi bir atomun toplam komşu sayısıdır. Konsept en yaygın olarak koordinasyon komplekslerine uygulanır .

Basit ve sıradan vakalar

d- blok geçiş metal kompleksleri için en yaygın koordinasyon sayısı 6'dır. CN bu tür komplekslerin geometrisini, yani oktahedral ve trigonal prizmatik arasında ayrım yapmaz.

Geçiş metali kompleksleri için koordinasyon sayıları 2 (örneğin, Ph 3 PAuCl'de Au I ) ile 9 (örneğin, [ReH 9 ] 2− 'de Re VII) arasında değişir . F bloğundaki metaller ( lantanoidler ve aktinoidler ), daha büyük iyon yarıçapları ve bağlanma için daha fazla yörüngenin mevcudiyeti nedeniyle daha yüksek koordinasyon sayılarına ev sahipliği yapabilir. 8 ila 12 arasındaki koordinasyon sayıları, f- blok elemanları için yaygın olarak gözlenir . Örneğin, ligand olarak iki dişli nitrat iyonları ile Ce IV ve Th IV , 12-koordinat iyonlarını [Ce(NO 3 ) 6 ] 2− ( ceric amonium nitrate ) ve [Th(NO 3 ) 6 ] 2− oluşturur . Çevredeki ligandlar merkezi atomdan çok daha küçük olduğunda, daha yüksek koordinasyon sayıları mümkün olabilir. Bir hesaplamalı kimya çalışması, özellikle kararlı bir PbHe öngördü 2+
15
En az 15 helyum atomu ile koordine edilmiş merkezi bir kurşun iyonundan oluşan iyon. Frank-Kasper fazları arasında, metalik atomların paketlenmesi, 16'ya kadar koordinasyon sayıları verebilir. Tersi uçta, sterik ekranlama, alışılmadık derecede düşük koordinasyon sayılarına yol açabilir. 1 bir koordinasyon sayısı benimseyen bir metal son derece nadir örneği oluşur terfenil merkezli arylthallium (I) kompleksi 2,6-Dayton 2 C 6 H 3 Dayton 2,4,6-triizopropilfenil grubu olduğu Tl.

polihapto ligandları

Polihapto ligandları ile uğraşırken koordinasyon sayıları belirsiz hale gelir. Siklopentadienid iyonu [C 5 H 5 ] - , alkenler ve siklooktatetraenid iyonu [C 8 H 8 ] 2− gibi π-elektron ligandları için , π-elektron sistemindeki merkezi atoma bağlanan bitişik atomların sayısı haptisite denir . Olarak ferrosen hapticity, η , her siklopentadienid anyonun beş, Fe ( η 5 -C 5 H 5 ) 2 . Her bir siklopentadienid ligandı tarafından merkezi demir atomunun koordinasyon sayısına yapılan katkıyı atamak için çeşitli yollar mevcuttur. Katkı, bir ligand olduğu için bir veya beş komşu atom olduğu için beş veya dahil olan üç elektron çifti olduğu için üç olarak atanabilir. Normalde elektron çiftlerinin sayısı alınır.

Yüzeyler ve rekonstrüksiyon

Bir kristal kafesin içindeki atomlar için koordinasyon sayıları iyi tanımlanmıştır : her yöne en yakın komşular sayılır. Bir iç atomun komşularının sayısı toplu koordinasyon sayısı olarak adlandırılır . Yüzeyler için komşu sayısı daha sınırlıdır, bu nedenle yüzey koordinasyon sayısı toplu koordinasyon sayısından daha küçüktür. Genellikle yüzey koordinasyon sayısı bilinmez veya değişkendir. Yüzey koordinasyon sayısı ayrıca yüzeyin Miller indekslerine de bağlıdır . Bir in hacim merkezli kübik (BCC) kristal , (100) yüzeyi, yüzey koordinasyon sayısı 4 ise, dökme koordinasyon sayısı 8'dir.

Durum çalışmaları

Bir atomun koordinasyon sayısını belirlemenin yaygın bir yolu, X-ışını kristalografisidir . İlgili teknikler, nötron veya elektron kırınımını içerir. Bir atomun koordinasyon sayısı, en yakın komşuları sayarak doğrudan belirlenebilir.

α-Alüminyum, her bir alüminyum atomunun aynı düzlemde 6 ve üstte ve altta 3 olmak üzere 12 en yakın komşuya sahip olduğu ve koordinasyon polihedronunun bir küboctahedron olduğu düzenli bir kübik yakın paketlenmiş yapıya sahiptir, fcc . α-Demir, her bir demir atomunun bir küpün köşelerinde yer alan 8 en yakın komşuya sahip olduğu , gövde merkezli kübik bir yapıya sahiptir.

Siyahla gösterilen bir grafit tabakası, karbon atomları ve C–C bağları.

Karbonun en yaygın iki allotropu farklı koordinasyon numaralarına sahiptir. Olarak elmas , her bir karbon atomu, bir normal merkezinde olan tetrahedron diğer dört karbon atomu ile oluşturulan, koordinasyon sayısı metan gibi, dörttür. Grafit , her bir karbonun diğer üç karbona kovalent olarak bağlı olduğu iki boyutlu katmanlardan oluşur; diğer katmanlardaki atomlar daha uzaktadır ve en yakın komşu değildir ve koordinasyon sayısı 3'tür.

gizli yapı
Altı numaralı koordinasyona sahip iyonlar, oldukça simetrik "kaya tuzu yapısını" oluşturur.

Sodyum klorür ve sezyum klorür gibi düzenli kafeslere sahip kimyasal bileşikler için , en yakın komşuların sayısı iyonların ortamının iyi bir resmini verir. Sodyum klorürde her bir sodyum iyonu, bir oktahedronun köşelerinde en yakın komşular olarak (276 pm'de) 6 klorür iyonuna sahiptir ve her klorür iyonu, bir oktahedronun köşelerinde 6 sodyum atomuna (yine 276 pm'de) sahiptir. Sezyum klorürde her sezyum, bir küpün köşelerinde yer alan 8 klorür iyonuna (356 pm'de) sahiptir ve her klorür, bir küpün köşelerinde sekiz sezyum iyonuna (yine 356 pm'de) sahiptir.

komplikasyonlar

Bazı bileşiklerde metal-ligand bağlarının tümü aynı mesafede olmayabilir. PbCl Örneğin 2 , Pb koordinasyon sayısı 2+ klorürler ligandlar olarak tahsis edildiği, yedi ya da dokuz, bağlı olduğu söylenebilir. Yedi klorür ligandının Pb-Cl mesafeleri 280-309 pm'dir. İki klorür ligandı, 370 pm'lik bir Pb-Cl mesafeleri ile daha uzaktır.

Bazı durumlarda, en yakın komşulardan daha uzak mesafedeki atomları içeren farklı bir koordinasyon sayısı tanımı kullanılır. Uluslararası Kristalografi Birliği ( IUCR) tarafından kabul edilen çok geniş tanım , kristal bir katıdaki bir atomun koordinasyon sayısının kimyasal bağlanma modeline ve koordinasyon sayısının hesaplanma şekline bağlı olduğunu belirtir.

Bazı metallerin düzensiz yapıları vardır. Örneğin çinko, çarpık altıgen sıkı paketlenmiş bir yapıya sahiptir. Kürelerin düzenli altıgen yakın paketlenmesi, her atomun en yakın 12 komşusu ve üçgen bir ortobikupola (aynı zamanda bir antikuboctahedron veya ikiz cuboctahedron olarak da adlandırılır) koordinasyon polihedronuna sahip olduğunu tahmin eder . Çinkoda, saat 266'da aynı yakın paketlenmiş düzlemde, diğer altı en yakın komşu, eşit uzaklıkta, akşam 291'de yukarıda ve aşağıda yakın paketlenmiş düzlemlerin her birinde üç tane olan sadece 6 en yakın komşu vardır. Koordinasyon sayısının 6 yerine 12 olarak tanımlanmasının makul olduğu düşünülmektedir. koordinasyon sayısı genellikle 14 olarak kabul edilir.

NiAs yapısı

Birçok kimyasal bileşik çarpık yapılara sahiptir. Nikel arsenit , NiAs, nikel ve arsenik atomlarının 6 koordinatlı olduğu bir yapıya sahiptir. Klorür iyonlarının kübik yakın paketlenmiş olduğu sodyum klorürün aksine, arsenik anyonları altıgen olarak sıkı paketlenmiştir. Nikel iyonları, oktahedra sütunlarının zıt yüzleri paylaştığı çarpık bir oktahedral koordinasyon polihedron ile 6 koordinatlıdır. Arsenik iyonları oktahedral olarak koordine edilmemiştir, ancak trigonal prizmatik koordinasyon polihedronuna sahiptir. Bu düzenlemenin bir sonucu, nikel atomlarının birbirine oldukça yakın olmasıdır. Bu yapıyı paylaşan veya yakından ilişkili olan diğer bileşikler, FeS ve CoS gibi bazı geçiş metali sülfidlerinin yanı sıra bazı intermetaliklerdir. Olarak kobalt (II) tellür , Cote, altı tellür ve iki kobalt atomu merkezinden Co atomundan her eşit uzaklıktadır.

Fe 2 O 3 yapısı

Yaygın olarak karşılaşılan diğer iki kimyasal örneği, Fe 2 O 3 ve TiO 2 'dir . Fe 2 O 3 oktahedral iki delik üçte doldurma demir atomları oksijen atomları yakın bir yakın paketli düzenleme sahip olarak tanımlanabilir bir kristal yapıya sahiptir. Ancak her demir atomunun en yakın 3 komşusu ve biraz daha uzakta 3 komşusu vardır. Yapı oldukça karmaşıktır, oksijen atomları dört demir atomuna koordine edilmiştir ve demir atomları da çarpık oktahedranın köşelerini, kenarlarını ve yüzlerini paylaşır. TiO 2 sahiptir rutil yapısı. Hafif çarpık bir oktahedron içinde titanyum atomları 6 koordinatlı, 2 atom 198.3 pm ve 4 194.6 pm'de. Titanyum atomlarının etrafındaki oktahedra, 3 boyutlu bir ağ oluşturmak için kenarları ve köşeleri paylaşır. Oksit iyonları, üçgen düzlemsel konfigürasyonda 3 koordinatlıdır .

Yarı kristal, sıvı ve diğer düzensiz sistemlerde kullanım

Lennard-Jones sıvısının ilk koordinasyon sayısı
Lennard-Jones sıvısının ikinci koordinasyon sayısı

Bozukluğu olan sistemlerin koordinasyon sayısı tam olarak tanımlanamaz.

İlk koordinasyon sayısı ile tanımlanabilir radyal dağılım fonksiyonu g ( R ):

burada r 0 , r  = 0'dan başlayarak en sağdaki konumdur, burada g ( r ) yaklaşık olarak sıfırdır, r 1 ilk minimumdur. Bu nedenle, g ( r ) ' nin ilk zirvesinin altındaki alandır .

İkinci koordinasyon sayısı benzer bir şekilde tanımlanır:

Koordinasyon sayısı için alternatif tanımlar literatürde bulunabilir, ancak özünde ana fikir aynıdır. Bu tanımlardan biri şu şekildedir: İlk tepe noktasının konumunu r p olarak belirtmek ,

İlk koordinasyon kabuk olan küresel kabuk arasında yarıçaplı r 0 ve r 1 araştırılmaktadır merkezi partikül etrafında.

Referanslar

Dış bağlantılar