配位数的确定

配位数的确定高考备考NaCl晶体中阴离子的配位数为6，而Cl-按面心立方堆积的配位数是12。怎么都是配位数一会儿是6，一会儿又是12，这怎么理解？氯离子按面心立方堆积是没错，但那不是真正的配位数，因为氯离子是同号离子，是相互斥的；同理，钠离子也是按面心立方堆积的，这两种离子形成的面心立方堆积都产生八面体空穴，彼此进入对方八面体空穴中就对了，此时异号离子之间的接触才算配位数，这样配位数就是真正的配位数，即6。面心立方堆积如果是金属原子，则其配位数是12，因为周围的原子都与该原子形成金属键的，这时也是真正的配位数。我们在提到配位数时应当分析其所处环境。1、在晶体学中配位数与晶胞类型有关；2、离子晶体中指一个离子周围最近的异电性离子的数目；3、配位化学中，化合物中性原子周围的配位原子的数目。一、晶胞密堆积、配位数1.配位数一个粒子周围最近邻的粒子数称为配位数。它可以描述晶体中粒子排列的紧密程度，粒子排列越紧密，配位数越大，结合能越低，晶体结构越稳定。2.密堆积如果晶体由完全相同的一种粒子组成，而粒子被看作小圆球，则这些全同的小圆球最紧密的堆积称为密堆积。密堆积特点：结合能低，晶体结构稳定；配位数最大为12。第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号1,2,3,4,5,6。第二层：占据1,3,5空位中心。第三层：在第一层球的正上方形成ABABAB······排列方式。(1)六角密积（Be,Mg,Cd,Zn）ABcbar213132:即213132基元由两个原子组成，一个位于(000)，另一个原子位于，六角密积是复式晶格，其布拉维晶格是简单六角晶格。abc(2)立方密积（Au，Ag，Cu，Al，Ni）第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号为1,2,3,4,5,6。第二层：占据1，3，5空位中心。第三层：占据2，4，6空位中心，按ABCABCABC······方式排列，形成面心立方结构，称为立方密积。BA层的垂直方向：立方体的对角线。3.配位数的可能值配位数的可能值为：12(密堆积：fcc,hcp)，8(bcc,氯化铯型结构)，6(sc,氯化钠型结构)，4(ZnS,金刚石型结构)，3(石墨层状结构)，2(链状结构)。ClCsiajaka4.致密度如果把等体积的硬球放置在晶体结构中原子所在的位置上，球的体积取得尽可能大，以使最近邻的球相切，我们把一个晶胞中被硬球占据的体积与晶胞体积之比称为致密度(堆积比率，堆积因子，最大空间利用率)。iajaka晶胞体积晶胞中原子所占体积设晶格常量为a，原子半径为R，则例1：求面心立方的致密度。N是晶胞中原子个数433π34RNvaVaR24342π344π62Vv:致密度典型的晶体结构fcc422abcc223aCsClCs+1Cl-123a1288结构晶胞中的原子个数最近邻距离配位数典型的晶体结构结构晶胞中的原子个数最近邻距离配位数843a2a4金刚石ZnSNaClNa+4Cl-46二、离子晶体一般离子晶体配位数由阴阳离子半径决定：一般来说半径比（rˉ/r+)在0.2~0.4之间的，配位数为4；0.4~0.7之间，配位数为6；0.7~1.0之间的，配位数为8。配位数与r+/r-之比的关系:0.225----0.4144配位ZnS式晶体结构0.414----0.7326配位NaCl式晶体结构0.732----1.0008配位CsCl式晶体结构CsCl型离子晶体:所属晶系:立方;点阵:立方P;结构基元及每个晶胞中结构基元的数目:CsCl,1个;Cs离子的配位数是8，Cl离子的配位数也是8。NaCl型离子晶体:所属晶系:立方;点阵:立方F;结构基元及每个晶胞中结构基元的数目:NaCl,4个;Na和Cl离子的配位数都是6；立方ZnS型离子晶体:所属晶系:立方;点阵:立方F;结构基元及每个晶胞中结构基元的数目:ZnS,4个;Zn和S离子的配位数都是4；CaF2型离子晶体:所属晶系:立方;点阵:立方F;结构基元及每个晶胞中结构基元的数目:CaF2,4个;Ca和F离子的配位数分别是8和4；三、在配位化合物(简称配合物)中影响配位数的因素如下：1、中心原子的大小2、中心原子的电荷3、配体的性质中心原子的大小中心原子的最高配位数决定于它在周期表中的周次。在周期表内,第1周期元素的最高配位数为2；第2周期元素的最高配位数为4；第3周期为6,以下为8、10。最高配位数是指在配合物中,中心原子周围的最高配位原子数,实际上一般可低于最高数。在实际中第1周期元素原子的配位数为2，第2周期不超过4。除个别例外，第3、4周期不超过6，第5、6周期为8。最常见的配位数为4和6,其次为2、5、8。配位数为奇数的通常不如偶数的普遍。中心原子的电荷中心原子的电荷高，配位数就大。例如,等电子系列的中心原子Ag+、Cd2+和In3+与Cl-分别生成配位数为2、4和6的【AgCl2】-、【CdCl4】2-和【InCl6】3-配离子。同一元素不同氧化态的离子常具有不同的配位数,例如,二价铂离子Pt2+的配位数为4,而4价铂离子配位数Pt4+为6。这是因为中心离子的电荷愈高,就需要愈多的配体负电荷来中和。中心原子的成键轨道性质和电子构型从价键理论的观点来说，中心原子成键轨道的性质决定配位数，而中心原子的电子构型对参与成键的杂化轨道的形成很重要,例如，Zn2+和Cu+离子的5个3d轨道是全满的,适合成键的是一个4s和3个4p轨道,经sp3杂化形成4个成键轨道，指向正四面体的四个角。因此，Zn2+和Cu+与CN-生成配位数为4的配离子【Zn(CN)4】2-和【Cu(CN)4】3-，并且是正四面体构型。配体的性质同一氧化态的金属离子的配位数不是固定不变的,还取决于配体的性质。例如，Fe3+与Cl-生成配位数为4的【FeCl4】-，而与F-则生成配位数为6的【FeF6】3-。这是因为Fe3+从每个体积较大而较易极化的Cl-接受的电荷要大于体积较小而较难极化的F-。配合物的中心原子与配体间键合的性质，对决定配位数也很重要。在含F-的配合物中，中心原子与电负性很高的F-间的键合主要是离子键。如在B3+、Fe3+和Zr4+与F-的配合物中,随着中心原子半径的增加,配位数分别为4、6和7,主要受中心原子与配体的半径比的限制。很多配合物的中心原子与配体(例如CN-、SCN-、Br-、I-、NH3和CO等)间主要形成共价键，它们的配位数决定于中心原子成键轨道的性质。配位场理论认为中心原子的内层轨道受周围配体的影响，也即关系到配位数。例如，Ni2+离子与H2O和NH3等具有小的相互排斥力的弱场配体，生成配位数为6的【Ni(H2O)6】2+和【Ni(NH3)6】2+等八面体配离子;与Br-和I-等具有大的相互排斥力的弱场配体则趋向于生成配位数为4的【NiBr4】2-和【NiI4】2-等正四面体配离子；与CN-等强场配体则生成配位数为4的【Ni(CN)4】2-平面正方形配离子。中心离子（或原子）同单基配体结合的数目就是该中心离子（或原子）的配位数。例如[Cu(NH3)4]SO4中Cu离子的配位数为4，[Co(NH3)2（HO)4]Cl中Co离子的配位数为6。中心离子（或原子）同多基配体配合时，配位数等同于配位原子数目，例如[Cu(en)]中的乙二胺（en）是双基配体，因此Cu离子的配位数为4。中心离子的配位数一般是2、4、6，最常见的是4和6，配位数的多少取决于中心离子和配体的性质──电荷、体积、电子层结构以及配合物形成时的条件，特别是浓度和温度。一般来讲，中心离子的电荷越高越有利于形成配位数较高的配合物如Ag，其特征配位数为2，如[Ag(NH3)2]；Cu，其特征配位数为4，例[Cu(NH3)4]；Co，其特征配位数为6，例[Co(NH3)2（HO)4]。但配体电荷的增加对形成高配位数是不利的，因为它增加了配体之间的斥力，使配位数减少。如[Co(HO)6]同[CoCl4]相比，前者的配体是中性分子，后者是带负电荷的Cl离子，使Co的配位数由6降为4。因此，从电荷这一因素考虑，中心离子电荷的增高以及配位体电荷的减少有利于配位数的增加。中心离子的半径越大，在引力允许的条件下，其周围可容纳的配体越多，配位数也就越大。例如Al与F可形成[AlF]配离子，体积较小的B(Ⅲ)原子就只能生成[BF]配离子。但应指出中心离子半径的增大固然有利于形成高配位数的配合物，但若过大又会减弱它同配体的结合，有时反而降低了配位数。如Cd可形成[CdCl]配离子，比Cd大的Hg，却只能形成[HgCl]配离子。显然配位体的半径较大，在中心离子周围容纳不下过多的配体，配位数就减少。如F可与Al形成[AlF]配离子，但半径比F大的Cl、Br、I与Al只能形成[AlX]配离子（X代表Cl、Br、I离子）温度升高，常使配位数减小。这是因为热振动加剧时，中心离子与配体间的配位键减弱的缘故。而配位体浓度增大有利于形成高配位数的配合物。综上所述，影响配位数的因素是复杂的，是由多方面因素决定的，但对于某一中心离子在与不同的配体结合时，常具有一定的特征配位数。