配位数

在化学、晶体学和材料科学中，分子或晶体中一个中心原子的配位数，也叫配位性，是指与它结合的原子、分子或离子的数量。围绕中心离子/分子/原子的离子/分子/原子被称为配位体。这个数字对于分子和晶体的确定方式有些不同。对于分子和多原子离子来说，一个原子的配位数是通过简单地计算它所结合的其他原子（通过单键或多键）来确定的。例如，[Cr(NH3)2Cl2Br2]-的中心阳离子为Cr3+，其配位数为6，被描述为六配位。常见的配位数是4、6和8。

在化学中，配位数最初由AlfredWerner在1893年定义，是指分子或离子中中心原子的邻居总数。这个概念最常被应用于配位复合物。

对于d段过渡金属配合物最常见的配位数是6。配位数并不区分这种配合物的几何形状，即八面体与三棱体。对于过渡金属配合物，配位数从2（例如Ph3PAuCl中的AuI）到9（例如[ReH9]2中的ReVII）。f族的金属（镧系和锕系）可以容纳更高的配位数，因为它们有更大的离子半径和更多的轨道可供结合。通常观察到f族元素的配位数为8至12。例如，用双叉硝酸根离子作为配体，CeIV和ThIV形成12配位离子[Ce(NO3)6]2（硝酸铈铵）和[Th(NO3)6]2。当周围的配体比中心原子小得多时，甚至可能出现更高的配位数。一项计算化学研究预测了一种特别稳定的PbHe2+15离子，由一个中心铅离子与不少于15个氦原子配位组成。在Frank-Kasper相中，金属原子的包装可以使配位数达到16。在另一个极端，立体屏蔽可以产生异常低的配位数。一个极其罕见的金属采用1配位数的例子发生在以三联苯为基础的芳基铊配合物2,6-Tipp2C6H3Tl中，其中Tipp是2,4,6-三异丙基苯基。

在处理多合配体时，配位数变得模糊不清。对于π电子配体，如环戊二烯离子[C5H5]-、烯和环辛四烯离子[C8H8]2，π电子系统中与中心原子结合的相邻原子的数量被称为触变性。在二茂铁中，每个环戊二烯阴离子的apticity（η）是5，即Fe（η5-C5H5）2。对于每个环戊二烯配体对中心铁原子的配位数的贡献，有各种方法。由于有一个配体，贡献可以定为一个；由于有五个相邻的原子，贡献可以定为五个；由于有三个电子对，贡献可以定为三个。通常情况下，采取电子对的计数。

对于晶格内部的原子来说，配位数是有明确定义的：计算所有方向上的近邻。内部原子的邻居数量被称为体配位数。对于表面来说，邻居的数量更加有限，所以表面配位数比体配位数要小。通常情况下，表面配位数是未知的或可变的。表面配位数也取决于表面的米勒指数。在体心立方（BCC）晶体中，体配位数是8，而对于（100）表面，表面配位数是4。

确定原子配位数的一个常见方法是通过X射线晶体学。相关技术包括中子或电子衍射。原子的配位数可以通过计算最近的邻居来直接确定。

α-铝有一个规则的立方紧密堆积结构，fcc，其中每个铝原子有12个最近的邻居，6个在同一平面，3个在上面和下面，配位多面体是一个立方八面体。两个最常见的碳同位素具有不同的配位数。在钻石中，每个碳原子位于由其他四个碳原子组成的规则四面体的中心，配位数为4，与甲烷一样。石墨是由二维层组成的，其中每个碳都与其他三个碳共价结合；其他层的原子距离较远，不是最近的邻居，因此配位数为3。