高中化学选修3配合物或晶体中配位数的判断

配合物或晶体中一个微粒周围最近邻的微粒数称为配位数。配位数这个概念存在于配位化学和晶体学中，定义有所不同。配合物中的配位数是指直接同中心离子(或原子)配位的原子数目。晶体学中的配位数是指晶体中一个原子周围与其等距离的最近邻的原子数目。离子晶体中的配位数是指一个离子周围最近的异电性离子数目。高中阶段判断配合物或晶体中配位数的方法可作如下小结。

一、各种典型配合物中配位数的判断

1．配位数可以等同于中心离子(或原子)与配位原子形成的配位键键数，也可以等同于配位体的数目。

如[Ag(NH₃)₂]NO₃、[Ag(CN)₂]^-、[Cu(NH₃)₄]SO₄、[Cu(H₂O)₄]²⁺、

[Zn(NH₃)₄]²⁺、[Zn(CN)₄]^2-、K₃[Fe(SCN)₆]、[Fe(CN)₆]^3-、[FeF₆]^3-等配合物或配离子中的中心离子与配位体的数目以及配位原子形成的配位键键数均相等，其中Ag⁺离子的配位数为2，Cu²⁺离子与Zn²⁺离子的配位数均为4，Fe³⁺离子的配位数为6。

一般规律：一般配合物的配位数可以按中心离子电荷数的二倍来计算。

又如Ni(CO)₄、Fe(CO)₅、Cr(CO)₆等羰基化合物中Ni、Fe 、Cr原子的配位数分别为4、5、6。[Co(NH₃)₄(H₂O)₂]Cl₂、[CrCl(H₂O)₅]Cl₂中Co²⁺离子与Cr³⁺离子的配位数均为6。

说明：羰基化合物中的中心原子呈电中性，此类配合物的配位数由化学式直接判断。Co²⁺离子与Cr³⁺离子的电荷数分别为2、3，但配位数都是6。所以，配合物的配位数不一定按中心离子(或原子)的电荷数判断。

2．当中心离子(或原子)与多基配体配合时，配位数可以等同于配位原子的数目，但不是配位体的数目。

如[Cu(en)₂]中的en是乙二胺(NH₂CH₂CH₂NH₂)的简写，属于双基配体，每个乙二胺分子有2个N 原子与Cu²⁺离子配位，故Cu²⁺离子的配位数是4而不是2。

3．当中心离子(或原子)同时以共价键与配位键结合时，配位数不等于配位键的键数。

如[BF₄]^-、[B(OH)₄]^-、[AlCl₄]^-、[Al(OH)₄]^-等配离子中，B、Al原子均缺电子，它们形成的化学键，既有共价键，又有配位键，配位数与配位键的键数不相等，配位数均为4。

又如Al₂Cl₆(如下左图所示)中Al原子的配位数为4。

再如酞菁钴的结构(如下右图所示)，钴离子的配位数为4。

4．当中心离子(或原子)与不同量的配位体配合时，其配位数为不确定。

如硫氰合铁络离子随着配离子SCN^-浓度的增大，中心离子Fe³⁺ 与SCN^- 可以形成配位数为1~6的配合物：[Fe(SCN^-)_n]^3-n (n=1~6)。

注意：中心离子的配位数多少与中心离子和配体的性质(如电荷数、体积大小、电子层结构等)以及它们之间相互影响、配合物的形成条件(如浓度、温度等)有关。配合物的配位数由1到14，其中最常见的配位数为4和6。

二、各种典型晶体中配位数的判断

1．最密堆积晶体的配位数均为12。

如金属晶体中的两种最密堆积：面心立方最密堆积A₁、六方最密堆积A₃。

面心立方最密堆积A₁(如图所示)，

典型代表Cu、Ag、Au，因周围的原子都与该原子形成金属键，以立方体的面心原子分析，上、中、下层各有4个配位原子，故配位数为12。

六方最密堆积A₃(如图所示)，

典型代表Mg、Zn、Ti，因周围的原子都与该原子形成金属键，以六方晶胞的面心原子分析，上、中、下层分别有3、6、3个配位原子，故配位数为12。

又如分子晶体中的干冰(如下图所示)，

以立方体的面心CO₂分子分析，上、中、下层各有4个CO₂分子，故配位数为12。

2．体心立方堆积晶体的配位数为8。

如金属晶体中的体心立方堆积A₂(如图所示)，

典型代表Na、K、Fe，因立方体8个顶点的原子都与体心原子形成金属键，故配位数为8。

又如CsCl型离子晶体(如下所示)，

CsCl晶体中，每个离子被处在立方体8个顶点带相反电荷的离子包围，Cl^-离子和Cs⁺离子的配位数都为8。或以大立方体的面心Cs⁺离子分析，上、下层各有4个Cl^-离子，配位数为8。

注意：每个Cl-(Cs+)离子周围等距且紧邻的Cl-(Cs+)在上下、左右、前后各2个，共6个，这不是真正的配位数。因为是同电性离子。

3．面心立方堆积晶体的配位数为6。

如NaCl型离子晶体(如下所示)，

NaCl晶体中，每个离子被处在正八面体6个顶点带相反电荷的离子包围，Cl^-离子和Na⁺离子的配位数都为6。

注意：每个Cl^-(Na⁺)离子周围等距且紧邻的Cl^-(Na⁺)在上、中、下层4个，共12个，这不是真正的配位数。因为是同电性离子。

又如金属晶体中的简单立方堆积(如图所示)，

Po晶体中，立方体位于1个顶点原子的上下、前后、左右各有2个原子与其形成金属键，配位数为6。

4．配位数为4的几种晶体。

如ZnS型离子晶体(如下图所示)，

ZnS晶体中的S^2-离子和Zn²⁺离子排列类似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使S^2-、Zn²⁺离子的配位数不是6，而是4。具体可将图示中分为8个小立方体，其中体心有4个S^2-离子，每个S^2-离子处于Zn²⁺离子围成的正四面体中心，故S^2-离子的配位数是4。以大立方体的面心Zn²⁺离子分析，上、下层各有2个S^2-离子，故Zn²⁺离子的配位数为4。Zn²⁺离子的配位数不易观察，亦可利用ZnS的化学式中的离子比为1∶1，推知Zn²⁺离子的配位数为4。

又如金刚石、碳化硅等原子晶体(如图所示)，

与ZnS型离子晶体类似情况，配位数均为4。二氧化硅原子晶体中，Si与O原子形成的是硅氧四面体(图示略)，Si的配位数为4，而SiO₂的原子比为1∶2，故O的配位数是2。

再如CaF₂型离子晶体(如下图所示)，

F^-和Ca²⁺离子的配位数分别4和8。具体分析：每个F^-离子处于Ca²⁺离子围成的正四面体中心，故F^-离子的配位数是4。以大立方体的面心Ca²⁺离子分析，上、下层各有4个F^-离子，故Ca²⁺离子的配位数为8。亦可利用CaF₂的化学式中的离子比为1∶2，推知Ca²⁺离子的配位数是8。

还如在砷化镓晶胞结构(如图所示)，

小黑点为镓原子，其配位数为4，砷化镓原子比为1∶1，故As原子的配位数也是4。

5．配位数为3的层状晶体。

如石墨或六方氮化硼等。

6．链状结构的配位数为2。

如硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子，结构如图所示。Ti、O原子的配位数均为2。

注意：由于晶体结构对称性关系，晶体中不可能有11、10、9、7、5的配位数。晶体中最高配位数为12。

三、应用

氯化亚铜晶体结构为金刚石型，如图所示，

其中Cu、Cl原子的配位数均为4。氧化亚铜的晶胞如下中图所示，

Cu、O原子的配位数分别为2、4。

FeO晶胞结构如下右图所示，

其中O^2-、Fe²⁺离子的配位数为6。

氮化铝的晶胞如下左图所示，

N、Al原子的配位数均为4。

镧、铬的复合氧化物晶胞结构如下图所示，

其中Cr的配位数为6。

TiO₂的晶胞如下图所示，

可先求位于体心钛原子的配位数为6，然后由化学式TiO₂的原子比为1∶2，推知O原子的配位数是3。

钡钛矿的晶体结构如下图所示，

Ba²⁺的氧配位数是12，Ti⁴⁺的氧配位数是6，O^2-的Ba²⁺配位数是4，Ti⁴⁺配位数是2。