Coordinence
Lacoordinence(oucoordinance)[1]d'unatomecentral dans unemoléculeou uncristalest le nombre d'atomes, molécules ou ions voisins les plus proches dans les trois directions de l'espace et reliés à cet atome central. Elle s'appelle aussi le nombre de coordination ou l'indice de coordination.
Le décompte des voisins se fait un peu différemment enchimiemoléculaire et encristallographie.En chimie moléculaire, il s'agit surtout desmolécules(ou desions) avec desliaisonsbien 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).
À 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.
Nombre de coordination
[modifier|modifier le code]Lorsque l'atome central présente deux liaisons de coordinence, il est dit bicoordonné. Il peut aussi être tricoordonné (trois liaisons), tétracoordonné ou quadricoordonné (quatre liaisons), pentacoordonné (cinq liaisons), hexacoordonné (six liaisons)…
Exemples en chimie moléculaire
[modifier|modifier le code]En chimie moléculaire, la coordinence est définie en 1893 parAlfred Wernercomme étant le nombre total de voisins d'un atome central dans une molécule ou un ion[2].Quoiqu'un atome de carbone forme quatreliaisons chimiquesdans la plupart des molécules stables, la coordinence du carbone est quatre dans leméthane(CH4), trois dans l'éthylène(H2C=CH2,chaque C est lié à 2H + 1C = 3 atomes) et deux dans l'acétylène(HC≡CH): les liaisons multiples diminuent la coordinence de l'atome.
Enchimie inorganique,le principe est le même. Par exemple, dans l'hexacarbonyle de tungstène,W(CO)6,la coordinence dutungstèneest de six, même si les liaisons métal-ligand sont plus complexes que des liaisons simples.
Les ions formés par l'uraniumet lethoriumavec des ionsnitratecomme 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 ligands nitrates sont dits bidentates (c'est-à-dire que chacun est lié au métal par deux atomes d'oxygène) de sorte que la coordinence des atomes centraux (U ou Th) est 12.
Des coordinences encore plus élevées sont possibles si les ligands plus petits entourent un atome central plus gros. Une étude de lachimie numériqueprévoit un ion PbHe152+de stabilité particulière, formé d'un ion central deplombentouré par pas moins de 15 atomes d'hélium[3].
Exemples en cristallographie
[modifier|modifier le code]Encristallographie,la coordinence d'un atome donné à l'intérieur d'unestructure cristallineégale le nombre d'autres atomes qu'il touche. Leferà20°Cpossède une structurecubique centréedans laquelle chaque atome de fer occupe le centre d'un cube formé par huit atomes de fer voisins. La coordinence d'un atome dans cette structure est alors 8.
La coordinence maximale connue enétat solideest 12, ce qui est trouvé dans les deux structureshexagonal compactetcubique à faces centrées(aussi dit « cubique compact »). Cette valeur de 12 correspond au nombre maximum de sphères identiques qui peuvent toucher une sphère centrale du même rayon en trois dimensions.
Les deux formesallotropiquesprincipales du carbone ont des coordinences différentes. Legraphiteest fait de feuilles en deux dimensions, dans lesquelles chaque carbone est lié à trois autres carbones par desliaisons covalentessp2.Les atomes des 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, comme pour l'éthylène. Dans le cas dudiamantchaque atome de carbone est au centre d'untétraèdreformé par quatre autres carbones (liaisons covalentes sp3): la coordinence du carbone est quatre, comme pour le méthane.
Les structuresioniquessimples (binaires) sont décrites par deux valeurs de la coordinence, une pour chaque type d'ion. Lafluorineoufluorure de calcium(CaF2) est une structure (8, 4), ce qui signifie que chaquecationCa2+est entouré par huitanionsF−voisins et chaque anion F−par quatre Ca2+.Pour lechlorure de sodium(NaCl), les nombres de cations et anions sont égaux et les deux coordinences sont égales à six: la structure est (6, 6).
Au-delà des structures binaires, un atome peut être entouré de différents voisins. La coordinence est alors écrite comme la somme des coordinences partielles de l'atome pour chaque type de voisin. Par exemple, dans letitanate de baryumBaTiO3de structurepérovskite:
- le titane a pour voisins six ions O2−dans un environnementoctaédrique,sa coordinence est 6;
- la baryum a pour voisins douze ions O2−dans un environnement cuboctaédrique, sa coordinence est 12;
- l'oxygène a pour voisins deux ions Ti4+et quatre ions Ba2+dans un environnement octaédrique déformé, sa coordinence est (2+4).
-
Cristal monoatomique cubique centré du fer. -
Une couche d'un cristal de graphite. Les atomes de carbone et lesliaisons C-Csont indiqués en noir. -
Mailledu fluorure de calcium. -
Mailledu titanate de baryum.
Voir aussi
[modifier|modifier le code]Références
[modifier|modifier le code]- COORDINANCE, COORDINENCECentre National de Ressources Textuelles et Lexicales
- (en)«Définition», surGold Book de l'IUPAC(consulté le)
- (en)Andreas Hermann, Matthias Lein et Peter Schwerdtfeger,«The Search for the Species with the Highest Coordination Number»,Angew. Chem. Int. Ed.,vol.46,no14,,p.2444-2447(DOI10.1002/anie.200604148)
