Войти
В химии, кристаллографии и материаловедении, координационное число, также называемое лигантностью, центрального атома в молекуле или кристалле - это число атомов, молекул или ионов, связанных с ним. Ион / молекула / атом, окружающий центральный ион / молекулу / атом, называется лигандом. Для молекул это число определяется несколько иначе, чем для кристаллов.
Для молекул и многоатомных ионов координационное число атома определяется простым подсчетом других атомов, с которыми он связан (одинарной или множественной связью). Например, [Cr (NH 3)2Cl2Br2]] имеет Cr в качестве центрального катиона, который имеет координационное число 6 и описывается как гексакоординация. Общие координационные числа: 4, 6и 8.
Шаровидная модель газообразного U (BH 4)4, которая имеет 12-координатный металлический центр. 
[Co (NH 3)6], который имеет 6-координатный металлический центр с октаэдрической молекулярной геометрией.
Хлор (трифенилфосфин) золото (I), который имеет 2-координатный металлический центр. В химии координационное число (CN), первоначально определенное в 1893 году Альфредом Вернером, представляет собой общее число соседей центрального атома в молекуле или ионе. Эта концепция чаще всего применяется к координационным комплексам.
Наиболее распространенное координационное число для комплексов d-блока переходных металлов равно 6. CN не различают геометрию таких комплексов, т.е. октаэдрическую или тригонально-призматическую.
Для комплексов переходных металлов координационные числа находятся в диапазоне от 2 (например, Au в Ph 3 PAuCl) до 9 (например, Re в [ReH 9 ]). Металлы в f-блоке (лантаноиды и актиноиды ) могут иметь более высокое координационное число из-за их больших ионных радиусов и наличия большего количества орбиталей для связывания. Координационные числа от 8 до 12 обычно наблюдаются для элементов f-блока. Например, с ионами бидентат нитрата в качестве лигандов Ce и Th образуют ионы с 12 координатами [Ce (NO 3)6] (нитрат церия и аммония ) и [Th (NO 3)6]. Когда окружающие лиганды намного меньше, чем центральный атом, могут быть возможны даже более высокие координационные числа. Одно исследование компьютерной химии предсказало особенно стабильный ион PbHe. 15в составе центрального иона свинца, координированного не менее чем с 15 атомами гелия. Среди фаз Франка – Каспера упаковка металлических атомов может давать координационные числа до 16. Напротив экстремальное стерическое экранирование может привести к необычно низким координационным числам. Чрезвычайно редкий случай, когда металл принимает координационное число 1, встречается в комплексе арилталлия (I) на основе терфенила 2,6-Tipp 2C6H3Tl, где Tipp представляет собой 2,4,6-триизопропилфенильную группу.
Координационные числа становятся неоднозначными при работе с полигапто-лигандами. Для π-электронного лиганда ds, такие как циклопентадиенид ион [C 5H5], алкены и циклооктатетраенид ион [C 8H8], количество соседних атомов в π-электронная система, которая связывается с центральным атомом, называется тактильностью. В ферроцене гаптичность, η, каждого циклопентадиенидного аниона равна пяти, Fe (η-C 5H5)2. Существуют различные способы определения вклада каждого циклопентадиенидного лиганда в координационное число центрального атома железа.. Вклад может быть определен как один, поскольку имеется один лиганд, или как пять, поскольку имеется пять соседних атомов, или как три, поскольку задействованы три электронные пары. Обычно учитывается количество электронных пар.
Координационные числа хорошо определены для атомов внутри кристаллической решетки : считаются ближайшие соседи во всех направлениях. Число соседей внутреннего атома называется координационное число в объеме . Для поверхностей число соседей более ограничено, поэтому координационное число поверхности меньше, чем координационное число в объеме. Часто координационное число поверхности неизвестно или варьируется. Координационное число поверхности также зависит от на индексах Миллера поверхности. В кристалле объемно-центрированного куба (ОЦК) объемное координационное число равно 8, тогда как для поверхности (100) координационное число поверхности равно 4.
Распространенным способом определения координационного числа атома является рентгеновская кристаллография. Связанные методы включают дифракцию нейтронов или электронов. Координационное число атома можно определить напрямую, посчитав ближайших соседей.
α-Алюминий имеет правильную кубическую плотноупакованную структуру, fcc, где каждый атом алюминия имеет 12 ближайших соседей, 6 в той же плоскости и 3 сверху и снизу, а координационный полиэдр представляет собой кубооктаэдр. α-Железо имеет объемно-центрированную кубическую структуру, в которой каждый атом железа имеет 8 ближайших соседей, расположенных в углах куба.
Слой графита, атомы углерода и связи C – C показаны черным. Два наиболее распространенных аллотропа углерода имеют разные координационные числа. В алмазе каждый атом углерода находится в центре правильного тетраэдра, образованного четырьмя другими атомами углерода, координационное число равно четырем, как для метана. Графит состоит из двухмерных слоев, в которых каждый углерод ковалентно связан с тремя другими атомами углерода; атомы в других слоях расположены дальше и не являются ближайшими соседями, что дает координационное число 3.
ОЦК-структура 
Ионы с координационным числом шесть составляют высокосимметричную «структуру каменной соли». Для химических соединений с регулярные решетки, такие как хлорид натрия и хлорид цезия, подсчет ближайших соседей дает хорошее представление об окружении ионов. В хлориде натрия каждый ион натрия имеет 6 ионов хлорида в качестве ближайших соседей (при 276 мкм) по углам октаэдра, и каждый ион хлорида имеет 6 атомов натрия (также при 276 мкм) в углах октаэдра.. В хлориде цезия каждый цезий имеет 8 ионов хлорида (при 356 мкм), расположенных в углах куба, и каждый хлорид имеет восемь ионов цезия (также при 356 мкм) в углах куба.
В некоторых соединениях связи металл-лиганд могут не все находиться на одинаковом расстоянии. Например, в PbCl 2 можно сказать, что координационное число Pb равно семи или девяти, в зависимости от того, какие хлориды относятся к лигандам. У семи хлоридных лигандов расстояния Pb-Cl составляют 280–309 пм. Два хлоридных лиганда расположены дальше, с расстояниями Pb-Cl 370 пм.
В некоторых случаях используется другое определение координационного числа, которое включает атомы на большем расстоянии, чем ближайшие соседи. Очень широкое определение, принятое Международным союзом кристаллографии, IUCR, гласит, что координационное число атома в кристаллическом твердом теле зависит от модели химической связи и способа вычисления координационного числа.
Некоторые металлы имеют неправильную структуру. Например, цинк имеет искаженную гексагональную плотноупакованную структуру. Регулярная гексагональная плотная упаковка сфер предсказывает, что каждый атом имеет 12 ближайших соседей и треугольный ортобикупола (также называемый антикубоктаэдром или двойниковым кубооктаэдром) координационным полиэдром. У цинка есть только 6 ближайших соседей в 266 пм в одной и той же плотноупакованной плоскости с шестью другими ближайшими соседями, равноудаленными, по три в каждой из плотно упакованных плоскостей выше и ниже в 291 пм. Считается разумным описать координационное число как 12, а не 6. Аналогичные соображения могут быть применены к структуре регулярного куба с центрированным телом, где помимо 8 ближайших соседей есть еще 6, примерно на 15% более удаленных, и в этом случае В этом случае координационное число часто считается равным 14.
Структура NiAs Многие химические соединения имеют искаженную структуру. Арсенид никеля, NiAs имеет структуру, в которой атомы никеля и мышьяка являются 6-координатными. В отличие от хлорида натрия, где ионы хлорида имеют плотную кубическую упаковку, анионы мышьяка имеют гексагональную плотную упаковку. Ионы никеля находятся в 6-координатах с искаженным октаэдрическим координационным полиэдром, в котором столбцы октаэдров имеют противоположные грани. Ионы мышьяка не октаэдрически координированы, но имеют тригонально-призматический координационный полиэдр. Следствием такого расположения является то, что атомы никеля расположены довольно близко друг к другу. Другими соединениями, которые имеют эту или близкую к ней структуру, являются некоторые сульфиды переходных металлов, такие как FeS и CoS, а также некоторые интерметаллиды. В CoTe шесть атомов теллура и два атома кобальта все равноудалены от центрального атома Со.
Fe2O3структура Двумя другими примерами часто встречающихся химических веществ являются Fe2O3 и TiO 2. Fe 2O3имеет кристаллическую структуру, которая может быть описана как имеющая почти плотно упакованный массив атомов кислорода с атомами железа, заполняющими две трети октаэдрических отверстий. Однако у каждого атома железа есть 3 ближайших соседа и еще 3 - немного дальше. Структура довольно сложная, атомы кислорода координированы с четырьмя атомами железа, а атомы железа, в свою очередь, имеют общие вершины, края и грани искаженных октаэдров. TiO 2 имеет структуру рутила. Атомы титана 6-координированы, 2 атома в 198,3 пм и 4 в 194,6 пм, в слегка искаженном октаэдре. Октаэдры вокруг атомов титана имеют общие ребра и вершины, образуя трехмерную сеть. Ионы оксида являются трехкоординатными в тригональной планарной конфигурации.
Первое координационное число Леннарда-Джонса жидкость 
Второе координационное число жидкости Леннарда-Джонса Координационное число систем с беспорядком не может быть точно определено.
первое координационное число можно определить с использованием функции радиального распределения g (r):
где r 0 - крайнее правое положение, начиная с r = 0, где g (r) приблизительно равно нулю, r 1 - это первый минимум. Следовательно, это площадь под первым пиком g (r).
Второе координационное число определяется аналогично:
Альтернативные определения для Координационное число можно найти в литературе, но по сути основная идея та же. Одно из этих определений состоит в следующем: Обозначение положения первого пика как r p,
первая координационная оболочка представляет собой сферическую оболочку с радиусом от r 0 до r 1 вокруг исследуемой центральной частицы.
