코디네이션 번호

Coordination number

화학, 결정학, 재료 과학에서, 분자 또는 결정에서 중심 원자의 배위수(logency)는 또한 그것과 결합되어 있는 원자, 분자 또는 이온의 수이다.중심 이온/분자/원자를 둘러싼 이온/분자/원자를 리간드라고 합니다.이 수치는 결정과 분자의 경우 다소 다르게 결정된다.

분자와 다원자 이온의 경우, 원자의 배위 번호는 원자가 결합되어 있는 다른 원자를 단순히 세는 것만으로 결정됩니다(단일 또는 복수 [1]결합).예를 들어 [Cr(NH3)2ClBr22]−는 중심 양이온으로서 Cr을 가지며3+, 배위번호는 6이며, 6진수 이상으로 기술된다.공통의 코디네이션 번호는 4, 6, 8 입니다.

분자, 다원자 이온 및 배위 복합체

12좌표 금속 [2]중심을 특징으로 하는 기체 U(BH)44의 볼 앤 스틱 모델입니다.
[Co(NH3)],63+ 팔면체 분자 기하학으로 6좌표 금속 중심을 특징으로 한다.
클로로(트리페닐포스핀) 골드(I)는 2좌표 금속 중심을 특징으로 합니다.

화학에서, 알프레드 베르너가 1893년에 정의한 배위수는 분자 또는 [1][3]이온에 있는 중심 원자의 이웃의 총 수입니다.이 개념은 가장 일반적으로 조정 복합체에 적용됩니다.

심플하고 흔한 케이스

d-블록 전이 금속 착체의 가장 일반적인 배위 번호는 6입니다.좌표 번호는 이러한 복합체의 기하학, 즉 8면체 대 삼각 프리즘을 구별하지 않는다.

전이 금속 착체의 경우, 배위 번호는 2(예: PhPAuCl의3 AuI)에서 9(예9: [2−ReHVII]의 Re)까지이다.f-블록의 금속(란타노이드와 악티노이드)은 이온 반지름이 크고 결합에 더 많은 오비탈을 이용할 수 있기 때문에 더 높은 배위수를 수용할 수 있다.f-block 요소에는 일반적으로 8~12의 배위번호가 관찰된다.예를 들어 질산염 이온을 2등분하면 Ce와IV Th는IV 12좌표 이온 [Ce(NO3)](62−질산암모늄)와 [Th(NO3)]62−를 형성한다.주변 배위자가 중심 원자보다 훨씬 작을 경우, 더 높은 배위 수치도 가능하다.한 컴퓨터 화학 연구는 15개 이상의 헬륨 [4]원자와 조정된 중심 납 이온으로 구성된 특히 안정적인2+
15 PbHe 이온을 예측했습니다.Frank-Kasper 단계 중에서 금속 원자의 패킹은 최대 [5]16개의 배위수를 얻을 수 있다.반대로 입체 차폐는 비정상적으로 낮은 좌표값을 발생시킬 수 있다.Tipp는 2,4,6-트리이소프로필페닐기이며,[6] Tipp는 테르페닐기 아릴탈륨(I) 착체 2,6-TippCHTl에서263 배위수 1을 채택한 극히 드문 경우이다.

폴리합토배위자

다합체 배위자를 다룰 때 배위수가 모호해진다.사이클로펜타디에니드이온[CH55],− 알케인 및 시클로옥타테트라에니드이온[CH]2− 등의88 γ전자배위자에 대하여 중심원자에 결합하는 γ전자계 내의 인접원자의 수를 [7]합티시티라고 한다.페로센에서 각 사이클로펜타디에니드 음이온의 합티늄도 δ는 Fe(θ-CH555)2 5이다.중심철 원자의 배위수에 대한 기여도를 사이클로펜타디에니드 배위자별로 할당하기 위한 다양한 방법이 존재한다.한 개의 배위자가 있기 때문에 기여도는 1개, 인접한 다섯 개의 원자가 있기 때문에 5개 또는 세 개의 전자 쌍이 관련되기 때문에 3개로 할당될 수 있다.일반적으로 전자쌍의 카운트가 [8]측정됩니다.

표면 및 재구성

결정 격자 내부의 원자에 대한 배위 수치는 잘 정의되어 있습니다. 즉, 모든 방향에서 가장 가까운 이웃을 세는 것입니다.내부 원자의 네이버 수를 벌크 코디네이션 번호라고 부릅니다.지표면의 경우 인접 라우터 수가 더 제한적이므로 표면 좌표 수가 벌크 좌표 수보다 작습니다.종종 표면 좌표 번호를 알 수 없거나 [9]가변적입니다.표면 좌표 번호는 표면의 밀러 지수에 따라 달라집니다.체심입방정(BCC) 결정에서 벌크배위수가 8인 반면 (100) 표면의 배위수는 [10]4이다.

도입 사례

원자의 배위수를 결정하는 일반적인 방법은 X선 결정학이다.관련 기술로는 중성자 또는 전자 [11]회절이 있다.원자의 배위번호는 가장 가까운 네이버를 카운트함으로써 쉽게 판별할 수 있습니다.

α-알루미늄은 정육면체 밀착 구조인 fc를 가지고 있으며, 각 알루미늄 원자는 12개의 가장 가까운 이웃을 가지고 있으며, 6개는 같은 평면에 있고 3개는 위와 아래에 있으며, 배위 다면체는 정육면체이다.α-Iron은 각 철 원자가 입방체의 모서리에 위치한 8개의 가장 가까운 이웃을 갖는 체심 입방체 구조를 가지고 있습니다.

흑연층, 탄소 원자 및 C-C 결합은 검은색으로 표시됩니다.

탄소의 가장 흔한 두 동소체는 서로 다른 배위수를 가지고 있다.다이아몬드에서 각 탄소 원자는 다른 4개의 탄소 원자에 의해 형성된 정4면체의 중심에 있으며, 메탄은 배위수가 4이다.흑연은 각 탄소가 3개의 다른 탄소에 공유 결합되어 있는 2차원 층으로 구성되어 있습니다. 다른 층의 원자는 더 멀리 떨어져 있고 가장 가까운 이웃이 아니므로 배위수가 [12]3입니다.

BCC 구조
배위수 6의 이온은 대칭성이 높은 '암염 구조'를 구성한다.

염화나트륨과 염화세슘과 같은 규칙적인 격자를 가진 화합물의 경우, 가장 가까운 이웃의 카운트를 통해 이온의 환경을 잘 파악할 수 있습니다.염화나트륨에서 각 나트륨 이온은 8면체 모서리에 6개의 염화 이온(276pm)이 있고, 각 염화 이온은 8면체 모서리에 6개의 나트륨 원자(276pm)가 있다.염화 세슘에서 각 세슘은 큐브 모서리에 8개의 염화 이온(356pm)이 있고 각 염화 세슘은 큐브 모서리에 8개의 세슘 이온(356pm)이 있습니다.

합병증

일부 화합물에서는 금속-리간드 결합이 모두 동일한 거리에 있지 않을 수 있습니다.예를2 들어 PbCl에서는 어떤 염화물이 배위자로 할당되어 있는지에 따라 Pb의2+ 배위수는 7 또는 9라고 할 수 있다.7개의 염화물 배위자는 Pb-Cl 거리가 280~309 pm이다.염화물 배위자 2개는 Pb-Cl 거리가 370 [13]pm으로 더 멀리 떨어져 있다.

어떤 경우에는 가장 가까운 이웃보다 더 먼 거리에 있는 원자를 포함하는 배위 번호의 다른 정의를 사용한다.국제결정학연합(IUCR)이 채택한 매우 넓은 정의에서는 결정성 고체 내의 원자의 배위 수는 화학적 결합 모델과 배위 [14][15]수를 계산하는 방법에 따라 달라진다고 합니다.

어떤 금속들은 불규칙한 구조를 가지고 있다.예를 들어 아연은 일그러진 육각형 밀착 구조를 가지고 있다.구체의 규칙적인 육각형 근접 패킹은 각 원자가 12개의 가장 가까운 이웃과 삼각형의 정육면체 또는 쌍정육면체라고 불리는 좌표 [12][16]다면체를 가지고 있다고 예측합니다.아연의 경우, 266 pm에는 6개의 근접 이웃이 있고, 291 pm에는 6개의 근접 이웃이 있으며, 291 pm에는 각 근접 이웃이 3개씩 있다.조정 번호를 [15]6이 아닌 12로 설명하는 것이 합리적이라고 간주됩니다.8개의 가장 가까운 이웃 외에 6개가 더 있고, 약 15% [12]더 떨어져 있으며, 이 경우 좌표 번호는 종종 14로 간주되는 일반 체심 입방체 구조에도 유사한 고려사항이 적용될 수 있다.

NiAs 구조

많은 화합물이 왜곡된 구조를 가지고 있다.니켈 비소 NiAs는 니켈과 비소 원자가 6좌표인 구조를 가지고 있다.염화물 이온이 입방정밀 충전되어 있는 염화나트륨과 달리, 비소 음이온은 육각형 밀착 충전되어 있습니다.니켈 이온은 8면체 기둥들이 반대면을 공유하는 왜곡된 8면체 좌표 다면체와 6좌표입니다.비소 이온은 팔면체 배위는 아니지만 삼각 프리즘 배위 다면체를 가지고 있다.이 배열의 결과로 니켈 원자가 서로 상당히 근접하게 됩니다.이 구조를 공유하는 다른 화합물 또는 밀접하게 관련된 화합물로는 FeS 및 CoS와 같은 전이 금속 황화물 및 금속 간 화합물이 있습니다.코발트( )로 표시됩니다.II) 텔루라이드, CoTe, 6개의 텔루, 2개의 코발트 원자는 모두 중심 Co [12]원자로부터 등거리에 있다.

FeO23 구조

흔히 볼 수 있는 화학물질의 두 가지 예는23 FeO와2 TiO이다.FeO는23 8면체 구멍의 3분의 2를 채운 철 원자와 함께 산소 원자의 근접한 배열로 설명할 수 있는 결정 구조를 가지고 있습니다.그러나 각 철 원자는 3개의 가장 가까운 이웃과 3개의 조금 더 떨어진 다른 이웃을 가지고 있습니다.구조는 매우 복잡하며, 산소 원자는 4개의 철 원자로 조정되고 철 원자는 뒤틀린 팔면체의 [12]꼭지점, 모서리 및 면을 공유합니다.TiO는2 루타일 구조를 가지고 있습니다.티타늄 원자의 6좌표는 198.3pm에서 2개의 원자와 194.6pm에서 4개의 원자로 약간 왜곡된 8면체이다.티타늄 원자 주위의 8면체는 가장자리와 정점을 공유하여 3차원 네트워크를 형성합니다.산화물 이온은 삼각 평면 [17]구성에서 3좌표입니다.

준결정, 액체 및 기타 무질서한 시스템에서 사용

레너드-존스 유체의 첫 번째 배위 번호
레너드-존스 유체의 두 번째 배위 번호

장애가 있는 시스템의 조정 수를 정확하게 정의할 수 없습니다.

첫 번째 좌표 번호는 반지름 분포 함수 g([18][19]r)를 사용하여 정의할 수 있습니다.

여기서0 r은 r = 0에서 시작하는 가장 오른쪽 위치이며, 여기서1 g(r)는 약 0이고, r은 첫 번째 최소값입니다.따라서 g(r)의 첫 번째 피크 아래에 있는 영역입니다.

두 번째 좌표 번호도 마찬가지로 정의됩니다.

좌표 번호에 대한 대체 정의는 문헌에서 찾을 수 있지만, 본질적으로는 같은 생각이다.이러한 정의 중 하나는 다음과 같습니다.첫 번째 피크의 위치를 r로p 나타내면,

첫 번째 배위각은 조사 [20][21]대상인 중심입자 주변의 반지름 r과01 r 사이의 구형각이다.

레퍼런스

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외부 링크