Nombre de coordination

Nombre de coordination

Coordinence

La coordinence ou nombre de coordination ou indice de coordination d'un atome est le nombre d'atomes voisins les plus proches dans les trois directions de l'espace.

Le décompte des voisins se fait un peu différemment en chimie moléculaire et en cristallographie. En chimie moléculaire, il s'agit surtout des molécules (ou des ions) avec des liaisons bien définies, dans lesquelles la coordinence d'un atome est égal au nombre d'autres auquel il est lié (soit par des liaisons simples, soit par des liaisons multiples).

A l'état solide, les liaisons sont souvent moins bien définies. On utilise alors un modèle plus simple dans lequel les atomes sont représentés par des sphères en contact. Dans ce modèle la coordinence d'un atome est égal au nombre d'atomes qu'il touche.

Sommaire

Exemples en chimie moléculaire

En chimie moléculaire, la coordinence est définie en 1893 par Alfred Werner comme étant le nombre total de voisins d'un atome central dans une molécule ou un ion[1]. Quoiqu'un atome de carbone forme quatre liaisons chimiques dans la plupart des molécules stables, la coordinence du carbone est quatre dans le méthane (CH4), trois dans l'éthylène (H2C=CH2, chaque C est lié à 2H + 1C = 3 atomes) et deux dans l'acétylène : les liaisons multiples diminuent la coordinence de l'atome.

En chimie inorganique, le principe est le même. Par exemple, dans le tungstène hexacarbonyle, W(CO)6, la coordinence du tungstène est de six, même si les liaisons métal-ligand sont plus complexes que des liaisons simples.

Les ions formés par l'uranium et le thorium avec des ions nitrate comme ligands, de formules U(NO3)62−; et Th(NO3)62− sont de bons exemples de complexes de coordination élevée. En effet, dans ces cas, les ligand nitrates sont dits bidentates (c'est-à-dire qu'il est lié au métal par deux atomes d'oxygène) de sorte que la coordinence des atomes centraux (U ou Th) est 12.

Il est possible que les coordinences encore plus élevées sont possibles si les ligands plus petits entourent un atome central plus gros. Une étude par la chimie numérique prévoit un ion PbHe152+ de stabilité particulière, formé d'un ion central de plomb entouré par pas moins de 15 atomes d'hélium.[2].

Exemples en état solide

Cristal monoatomique cubique centré du fer

En cristallographie, la coordinence d'un atome donné à l'intérieur d'un réseau cristallin égale le nombre d'autres atomes qu'il touche. Le fer à 20oC possède un cristal cubique centré à laquelle chaque atome intérieur de fer occupe le centre d'un cube formé par huit atomes de fer voisins. La coordinence d'un atome à l'intérieur de cette structure est alors 8.

La coordinence maximale connue en état solide est 12, ce qui est trouvé aux deux structures hexagonal compact et cubique à faces centrées (aussi dit cubique compact). Cette valeur de 12 correspond au nombre maximum de sphères identiques qui peuvent toucher une sphère central du même rayon en trois dimensions.

Une couche d'un cristal de graphite. Ici les atomes de carbone et les liaisons C-C sont indiqués en noir.

Les deux formes allotropiques principales du carbone ont des coordinences différentes. Au diamant chaque atome de carbone est au centre d'un tétraèdre formé par quatre autres carbones, alors la coordinence est quatre comme au méthane. Le graphite est fait des feuilles en deux dimensions, auxquelles chaque carbone est lié à trois autres carbones par des liaisons covalentes. Les atomes aux autres feuilles sont beaucoup plus éloignés et ne sont pas parmi les voisins les plus proches, alors la coordinence d'un atome de carbone au graphite est 3, tout comme à l'éthylène.

Maille du fluorure de calcium.

Les structures ioniques simples sont décrits par deux valeurs de la coordinence, un pour chaque type d'ion. Le fluorine ou fluorure de calcium (CaF2) est une structure (8, 4), ce qui signifie que chaque cation Ca2+ est entouré par huit anions F- voisins, et chaque anion F- par quatre Ca2+. Pour le chlorure de sodium (NaCl) les nombres de cations et anions sont égaux, et les deux coordinences égalent six alors la structure est (6, 6).

Voir aussi

References

  1. ↑ http://goldbook.iupac.org/C01331.html Définition au "Gold Book" de l'IUPAC (en anglais)
  2. ↑ The Search for the Species with the Highest Coordination Number Andreas Hermann, Matthias Lein, and Peter Schwerdtfeger Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2444 –2447 DOI:10.1002/anie.200604148
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