電負性是解釋化學反應發生最著名的模型之一。現在瑞典查默斯理工大學馬丁·拉姆用一種新的、更全面的尺度重新定義了這個概念。他與包括一位諾貝爾獎得主在内的同事共同完成的這項研究發表在《美國化學學會》(Journal of the American Chemical Society)上。電負性理論用來描述不同原子吸引電子的強度。通過電負性尺度，可以預測不同分子和材料中電荷的近似分布，而不需要複雜的量子力學計算或光譜研究。這對于理解各種材料以及設計新材料都是至關重要。世界各地的化學家和材料研究者每天都在使用這個概念，這個概念來源于瑞典化學家Jons Jacob Berzelius在19世紀的研究，并在高中階段被廣泛教授。

博科園-科學科普：現在查默斯理工大學(Chalmers University of Technology)物理化學助理教授馬丁•拉姆(Martin Rahm)開發了一種全新的電負性尺度。新定義是最外層和最弱束縛電子的平均結合能——通常被稱為價電子。将實驗光電離數據與量子力學計算相結合，得出了這些值。總的來說，大多數元素以與早期尺度相同的方式相互關聯。但是新的定義也帶來了一些有趣的變化，原子電負性順序發生了改變。此外，對于某些元素，這是首次計算它們的電負性。例如與早期的标度相比，氧和鉻在元素周期表中相對于最接近它們的元素排名都發生了變化。新的比額表包括96個元素，比以前的版本有顯著增加。

• 電負性的重新定義：電負性新尺度涵蓋了前96個元素，比以前的版本有了顯著增加。圖片：Martin Rahm/Chalmers University of Technology

現在的刻度是從第一元素氫到第九十六元素，也就是居裡姆。研究人員開發這個新尺度的動機之一是，盡管這個概念有幾種不同的定義，但每一種都隻能涵蓋元素周期表的一部分。化學家面臨的另一個挑戰是如何解釋為什麼電負性有時不能預測化學反應或化學鍵的極性。這個新定義的另一個優點是，它如何适應一個更廣泛的框架，這個框架有助于解釋當化學反應不受電負性控制時會發生什麼。在這些用傳統化學模型很難理解的反應中，電子之間複雜的相互作用在起作用。最終決定大多數化學反應結果是總能量的變化。在這篇新論文中，研究人員提出了一個等式，其中一個原子的總能量可以描述為兩個值的和。

• 元素周期表顯示了電負性新尺度下前96個元素的值，發表在《美國化學學會期刊》(Journal of the American Chemical Society)上。圖片：Martin Rahm/Chalmers University of Technology

一個是電負性，第二個是平均電子相互作用。這些值在反應中變化的大小和性質揭示了電負性在影響化學過程中的相對重要性。在元素周期表中，有無數種方法可以結合原子來創造新材料。電負性提供了從這些組合中可以得到什麼的第一個重要指标。這個規模是廣泛的，我希望它将大大影響化學和材料科學的研究。電負性在化學研究中是常規的應用，在新尺度下，可以避免許多複雜的量子力學計算。電負性的新定義也可以用于分析通過量子力學計算的電子結構，使這些結果更容易理解。

博科園-科學科普｜研究/來自: 查爾姆斯理工大學

參考期刊文獻:《美國化學學會期刊》

論文DOI: 10.1021/jacs.8b10246

博科園-傳遞宇宙科學之美

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