電負(fù)性是解釋化學(xué)反應(yīng)發(fā)生最著名的模型之一。現(xiàn)在瑞典查默斯理工大學(xué)馬丁·拉姆用一種新的、更全面的尺度重新定義了這個(gè)概念。他與包括一位諾貝爾獎(jiǎng)得主在內(nèi)的同事共同完成的這項(xiàng)研究發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)》(Journal of the American Chemical Society)上。

電負(fù)性理論用來(lái)描述不同原子吸引電子的強(qiáng)度。通過(guò)電負(fù)性尺度，可以預(yù)測(cè)不同分子和材料中電荷的近似分布，而不需要復(fù)雜的量子力學(xué)計(jì)算或光譜研究。這對(duì)于理解各種材料以及設(shè)計(jì)新材料都是至關(guān)重要。世界各地的化學(xué)家和材料研究者每天都在使用這個(gè)概念，這個(gè)概念來(lái)源于瑞典化學(xué)家Jons Jacob Berzelius在19世紀(jì)的研究，并在高中階段被廣泛教授。

博科園-科學(xué)科普：現(xiàn)在查默斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)物理化學(xué)助理教授馬丁?拉姆(Martin Rahm)開發(fā)了一種全新的電負(fù)性尺度。新定義是最外層和最弱束縛電子的平均結(jié)合能——通常被稱為價(jià)電子。將實(shí)驗(yàn)光電離數(shù)據(jù)與量子力學(xué)計(jì)算相結(jié)合，得出了這些值。總的來(lái)說(shuō)，大多數(shù)元素以與早期尺度相同的方式相互關(guān)聯(lián)。但是新的定義也帶來(lái)了一些有趣的變化，原子電負(fù)性順序發(fā)生了改變。此外，對(duì)于某些元素，這是首次計(jì)算它們的電負(fù)性。例如與早期的標(biāo)度相比，氧和鉻在元素周期表中相對(duì)于最接近它們的元素排名都發(fā)生了變化。新的比額表包括96個(gè)元素，比以前的版本有顯著增加。

現(xiàn)在的刻度是從第一元素氫到第九十六元素，也就是居里姆。研究人員開發(fā)這個(gè)新尺度的動(dòng)機(jī)之一是，盡管這個(gè)概念有幾種不同的定義，但每一種都只能涵蓋元素周期表的一部分。化學(xué)家面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何解釋為什么電負(fù)性有時(shí)不能預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)鍵的極性。這個(gè)新定義的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它如何適應(yīng)一個(gè)更廣泛的框架，這個(gè)框架有助于解釋當(dāng)化學(xué)反應(yīng)不受電負(fù)性控制時(shí)會(huì)發(fā)生什么。在這些用傳統(tǒng)化學(xué)模型很難理解的反應(yīng)中，電子之間復(fù)雜的相互作用在起作用。最終決定大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)結(jié)果是總能量的變化。在這篇新論文中，研究人員提出了一個(gè)等式，其中一個(gè)原子的總能量可以描述為兩個(gè)值的和。

一個(gè)是電負(fù)性，第二個(gè)是平均電子相互作用。這些值在反應(yīng)中變化的大小和性質(zhì)揭示了電負(fù)性在影響化學(xué)過(guò)程中的相對(duì)重要性。在元素周期表中，有無(wú)數(shù)種方法可以結(jié)合原子來(lái)創(chuàng)造新材料。電負(fù)性提供了從這些組合中可以得到什么的第一個(gè)重要指標(biāo)。這個(gè)規(guī)模是廣泛的，我希望它將大大影響化學(xué)和材料科學(xué)的研究。電負(fù)性在化學(xué)研究中是常規(guī)的應(yīng)用，在新尺度下，可以避免許多復(fù)雜的量子力學(xué)計(jì)算。電負(fù)性的新定義也可以用于分析通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算的電子結(jié)構(gòu)，使這些結(jié)果更容易理解。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自: ?查爾姆斯理工大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》

論文DOI: 10.1021/jacs.8b10246

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