Химики из Сколтеха предложили новую шкалу электроотрицательности. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Понятие электроотрицательности появилось в химии в первой половине 20 века, его ввел великий американский химик Лайнус Полинг. Электроотрицательность – это способность атома смещать на себя электронную плотность. Более отрицательный атом перетягивает на себя электроны и становится отрицательно заряженным, а менее электроитрицательный приобретает положительный заряд. Это очень важная концепция, хорошо объясняющая многие вещи: от энергии химических связей до стабильности или нестабильности химических соединений, а также цвета и твердости кристаллов.
Химиками было создано множество определений и шкал электроотрицательности. Шкала Полинга оказалась самой первой и наиболее часто используемой, ее можно встретить в каждом учебнике химии. Значения электроотрицательности Поллинг вывел из термохимии, используя энергии химических связей: что большая разница в электроорицательности между вступающими в связь атомами существенно стабилизирует связь, и Полинг предложил простейшую формулу, с помощью которой можно это рассчитать. Но позже выяснилось, что предсказания, сделанные на основе шкалы Полинга, обладают довольно низкой точностью.
Профессор Сколтеха Артем Оганов и научный сотрудник Кристиан Тантардини поняли, что необходимо поменять формулу Полинга и переопределить электроотрицательности элементов – и создать новую шкалу электроотрицательностей.
«Началось все с того, что мы решили рассчитать электроотрицательности под давлением – химия высоких давлений сильно отличается от привычной нам, и многое наверняка можно понять, если узнать, как меняются электроотрицательности элементов под давлением. За основу мы взяли определение Полинга, и начали с расчета электроотрицательностей при нормальных условиях. К огромному удивлению, мы увидели, что увидели, что эта шкала не согласуется ни с теоретическими, ни с экспериментальными энергиями связей. Более того, это было известно в химической литературе, но удовлетворительного решения предложено не было. Я понял, в чем корень проблем – ионная стабилизация молекулы представлялась Полингом как аддитивная добавка. Я изменил формулу, заменив эту аддитивную добавку на мупликативную. Поллинг прибавлял, а мы умножаем. С помощью новой формулы и экспериментальных энергий химических связей мы определели электроотрицательности всех элементов. У нас получилась очень красивая шкала, которая работает как при маленьких разностях в электроорицательности, так и при больших», – рассказывает профессор Артем Оганов.
В новой шкале электроотрицательность это безразмерная величина (что очень удобно), и хорошо воспроизводятся энергии как молекул, так и химических реакций.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
