Inhoud
In vaste materie vormen atomen en moleculen een verscheidenheid aan geometrische structuren, afhankelijk van de manier waarop ze combineren.In elke structuur deelt een centraal atoom elektronen met andere atomen of ionische moleculen, en de vorm van de structuur hangt af van hoe de elektronen worden gedeeld. Het coördinatiegetal voor het centrale atoom is een indicator van hoeveel atomen of moleculen er een binding mee vormen, en dat is een bepalende factor voor de moleculaire vorm en uiteindelijk de eigenschappen van de vaste stof. Voor covalent gebonden moleculen en overgangsmetaalcomplexen leiden chemici het coördinatiegetal af van de chemische formule. Ze berekenen het coördinatiegetal voor metalen vaste stoffen door de roosterstructuur te onderzoeken.
Covalent gebonden moleculen
In een covalent gebonden molecuul bepalen chemici het coördinatiegetal van het centrale atoom door het aantal gebonden atomen te tellen. In het methaanmolecuul is het centrale koolstofatoom bijvoorbeeld gebonden aan vier waterstofatomen, dus het coördinatiegetal is 4. Dit getal kan gemakkelijk worden bepaald uit de chemische formule voor methaan: CH4.
Hetzelfde verband geldt voor ionische verbindingen. Het coördinatiegetal van het koolstofdioxide-molecuul (CO3)2- is 3 en de lading van het ion is -2.
Overgangsmetaalcomplexen
Overgangsmetalen, die kolommen 3 tot en met 12 van het periodiek systeem bezetten, vormen complexen met groepen atomen die liganden worden genoemd. De coördinatie van het overgangsmetaal wordt opnieuw gegeven door het aantal atomen waarmee het centrale atoom is verbonden. Bijvoorbeeld het coördinatienummer van de ionische verbinding CoCl2(NH3)4+ is 6, omdat het centrale kobaltatoom bindt met twee chlooratomen en vier stikstofatomen. In FeN42+, het coördinatiegetal is 4 omdat dat het aantal bindingen is dat wordt gevormd door het centrale ijzeratoom, hoewel de stikstofatomen een roostercomplex vormen door met elkaar te binden.
Metallische vaste stoffen
In metalen vaste stoffen is er geen duidelijke binding tussen paren van atomen, dus chemici bepalen de coördinatie van de structuur door een enkel atoom te kiezen en het aantal atomen dat er direct omheen telt te tellen. Een atoom dat deel uitmaakt van een laagstructuur kan bijvoorbeeld drie atomen eronder hebben, drie erboven en zes eromheen in dezelfde laag. Het coördinatienummer voor dat atoom zou 12 zijn.
De atomen in een massief kristal vormen zichzelf vaak in geometrische structuren die cellen worden genoemd, en deze cellen herhalen zichzelf ad infinitum om de kristalstructuur te creëren. Het ontcijferen van de vorm van de cel maakt het mogelijk om het coördinatiegetal te berekenen, dat hetzelfde is voor elk atoom in de structuur. Een kubische structuur heeft bijvoorbeeld één atoom in het midden, omringd door één op elke hoek, voor een totaal van acht, dus het coördinatiegetal is 8.
Ionische vaste stoffen
Natriumchloride (NaCl) is een voorbeeld van een ionische vaste stof, die gevormd wordt door een kation (Na+) en een anion (Cl-). In een ionisch metaal is het coördinatiegetal van het kation gelijk aan het aantal anionen in de nabijheid ervan. NaCl is een kubische structuur en elk natriumkation is omgeven door vier chloorionen op hetzelfde vlak, evenals een onder en een boven, dus het coördinatiegetal is 6. Om dezelfde reden is de coördinatie van elk chlooranion ook 6.