Исследование технологического университета Чалмерса (Швеция) изучает связь между размером атома и другими его свойствами, такими как электроотрицательность и энергия, пишет eurekalert.org со ссылкой на Chemical Science. Полученные результаты открывают путь к дальнейшему развитию материалов. Впервые стало возможным при определенных условиях составить точные уравнения для таких соотношений.

«Знание размера атомов и их свойств жизненно важно для объяснения химической реакционной способности, структуры и свойств молекул и материалов всех видов. Это фундаментальное исследование, которое необходимо нам для достижения важных успехов», – объясняет Мартин Рам, главный специалист, автор исследования и руководитель исследований кафедры химии и химической инженерии Технологического университета Чалмерса.

Исследователи, в том числе из Пармского университета (Италия), а также с факультета физики Технологического университета Чалмерса, ранее работали с квантово-механическими расчетами, чтобы показать, как свойства атомов меняются под высоким давлением. Эти результаты были представлены в научных статьях в журналах Американского химического общества и ChemPhysChem.

Новое исследование представляет собой следующий шаг в их важной работе по изучению взаимосвязи между радиусом атома и его электроотрицательностью – важной частью химических знаний, к которой ведутся поиски с 1950-х годов.

Изучая, как сжатие влияет на отдельные атомы, исследователи смогли вывести набор уравнений, объясняющих, как изменения одного свойства – размера атома – могут быть переведены и поняты как изменения других свойств – полной энергии и электроотрицательности атома. Вывод был сделан для специальных давлений, при которых атомы могут принимать одну из двух четко определенных энергий, двух радиусов и двух электроотрицательностей.

«Это уравнение может, например, помочь объяснить, как увеличение степени окисления атома также увеличивает его электроотрицательность, и наоборот, в случае уменьшения степени окисления», – говорит Мартин Рам.

Одна из целей исследования заключалась в том, чтобы помочь выявить новые возможности и возможности для производства материалов под высоким давлением. В центре Земли давление может достигать сотен гигапаскалей – и сегодня такие условия достижимы в лабораторных условиях. Примеры областей, где сегодня используется давление, включают синтез сверхпроводников, материалов, которые могут проводить электрический ток без сопротивления. Но исследователи видят впереди еще много возможностей.

«Давление – это в значительной степени неизученное измерение в материаловедении, и интерес к новым явлениям и свойствам материалов, которые могут быть реализованы с помощью сжатия, растет», – говорит Мартин Рам.

Огромные объемы данных, которые исследователи получили в ходе своей работы, теперь собраны в базу данных и доступны в виде удобного веб-приложения. Эта разработка была спонсирована Chalmers Area of Advance Materials и стала возможной благодаря сотрудничеству с исследовательской группой Пола Эрхарта из Департамента физики в Чалмерсе.

В веб-приложении пользователи теперь могут легко изучить, как выглядит таблица Менделеева при различных давлениях. В последней научной публикации исследователи приводят пример того, как этот инструмент может быть использован для нового понимания химии. Свойства железа и кремния – двух общих элементов, обнаруженных в земной коре, мантии и ядре – сравниваются, обнаруживая большие различия при разных давлениях.

«База данных – это то, чего мне не хватало в течение многих лет. Мы надеемся, что она окажется полезным инструментом и будет использоваться многими химиками и исследователями материалов, которые изучают и работают с высокими давлениями. Мы уже использовали ее для направлять теоретические поиски новых фторидов переходных металлов», – говорит Мартин Рам.