В Сколтехе создали новую шкалу электроотрицательности

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Понятие электроотрицательности появилось в химии в первой половине XX 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 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 определили электроотрицательности всех элементов. У нас получилась очень красивая шкала, которая работает как при маленьких разностях в электроотрицательности, 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

325 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше