Lacoordinence (oucoordinance)[1] d'unatome central dans unemolécule ou uncristal est 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 enchimie moléculaire et encristallographie. En chimie moléculaire, il s'agit surtout desmolécules (ou desions) avec desliaisons 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).
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.
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)…
En chimie moléculaire, la coordinence est définie en 1893 parAlfred Werner comme étant le nombre total de voisins d'un atome central dans une molécule ou un ion[2]. Quoiqu'un atome de carbone forme quatreliaisons chimiques dans 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 dutungstène est de six, même si les liaisons métal-ligand sont plus complexes que des liaisons simples.
Les ions formés par l'uranium et lethorium avec des ionsnitrate 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 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 numérique prévoit un ion PbHe152+ de stabilité particulière, formé d'un ion central deplomb entouré par pas moins de 15 atomes d'hélium[3].
Encristallographie, la coordinence d'un atome donné à l'intérieur d'unestructure cristalline égale le nombre d'autres atomes qu'il touche. Lefer à20 °C possède une structurecubique centrée dans 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 solide est 12, ce qui est trouvé dans les deux structureshexagonal compact etcubique 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 formesallotropiques principales du carbone ont des coordinences différentes. Legraphite est fait de feuilles en deux dimensions, dans lesquelles chaque carbone est lié à trois autres carbones par desliaisons covalentes sp2. 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 dudiamant chaque atome de carbone est au centre d'untétraèdre formé par quatre autres carbones (liaisons covalentes sp3) : la coordinence du carbone est quatre, comme pour le méthane.
Les structuresioniques simples (binaires) sont décrites par deux valeurs de la coordinence, une pour chaque type d'ion. Lafluorine oufluorure de calcium (CaF2) est une structure (8, 4), ce qui signifie que chaquecation Ca2+ est entouré par huitanions F− 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 baryum BaTiO3 de structurepérovskite :
