臨界半徑比(critical radius ratio)
臨界半徑比是一種配位讓位給下一種配位的確切數值,半徑比地圖上的分界線。它們不是量出來的,而是純幾何,透過一個簡單問題導出:對某個由相觸陰離子構成的籠,能把這些陰離子撐開而不使它們重疊的最小陽離子是多大?在那個最小尺寸下,陽離子恰好觸及所有陰離子鄰居,而陰離子彼此也恰好相觸,這個邊界比值就是臨界值。
經典門檻為 0.155(以下為配位 2)、0.155 至 0.225(三角形,CN 3)、0.225 至 0.414(四面體,CN 4)、0.414 至 0.732(八面體,CN 6)、0.732 至 1.0(立方體,CN 8),而 1.0 及以上容許最高的最密堆積配位 12。每個值都出自一點三角學:對八面體,把六個陰離子放在籠的頂點,要求陽離子觸陰離子、陰離子觸陰離子同時成立,就導出 r_cation / r_anion = sqrt(2) - 1 = 0.414。四面體極限為 sqrt(3/2) - 1 = 0.225;立方極限為 sqrt(3) - 1 = 0.732。
這些臨界值正是離子模型之所以能預測結構的原因:它們把尺寸比值轉成確定的配位數,從而給出候選晶體結構。但恰在邊界上,預測確實如履薄冰,而由於整個推導假設剛性、純離子的球,真實化合物在鍵結共價或離子偏軟時常常橫跨或違反這些線。請把臨界值當作犀利的幾何路標,而非大自然必須遵守的硬牆。
導出八面體極限:在六配位籠中,唯有當 r_cation / r_anion = sqrt(2) - 1 = 0.414 時,陰離子—陰離子接觸與陽離子—陰離子接觸才同時發生。低於此值陽離子會鬆動並退為四配位;高於此值,八面體便安穩地穩定。
0.414 這條邊界是三角學,而非量測。
臨界比值出自理想化、純離子的硬球模型。對於比值落在門檻上下幾個百分點的化合物,或鍵結明顯共價者,切勿過度信任其預測:真實配位可能是相鄰的那一種。