电负性是解释化学反应发生最著名的模型之一。现在瑞典查默斯理工大学马丁·拉姆用一种新的、更全面的尺度重新定义了这个概念。他与包括一位诺贝尔奖得主在内的同事共同完成的这项研究发表在《美国化学学会》(Journal of the American Chemical Society)上。电负性理论用来描述不同原子吸引电子的强度。通过电负性尺度，可以预测不同分子和材料中电荷的近似分布，而不需要复杂的量子力学计算或光谱研究。这对于理解各种材料以及设计新材料都是至关重要。世界各地的化学家和材料研究者每天都在使用这个概念，这个概念来源于瑞典化学家Jons Jacob Berzelius在19世纪的研究，并在高中阶段被广泛教授。
博科园-科学科普：现在查默斯理工大学(Chalmers University of Technology)物理化学助理教授马丁•拉姆(Martin Rahm)开发了一种全新的电负性尺度。新定义是最外层和最弱束缚电子的平均结合能——通常被称为价电子。将实验光电离数据与量子力学计算相结合，得出了这些值。总的来说，大多数元素以与早期尺度相同的方式相互关联。但是新的定义也带来了一些有趣的变化，原子电负性顺序发生了改变。此外，对于某些元素，这是首次计算它们的电负性。例如与早期的标度相比，氧和铬在元素周期表中相对于最接近它们的元素排名都发生了变化。新的比额表包括96个元素，比以前的版本有显著增加。
- 电负性的重新定义：电负性新尺度涵盖了前96个元素，比以前的版本有了显著增加。图片：Martin Rahm/Chalmers University of Technology
现在的刻度是从第一元素氢到第九十六元素，也就是居里姆。研究人员开发这个新尺度的动机之一是，尽管这个概念有几种不同的定义，但每一种都只能涵盖元素周期表的一部分。化学家面临的另一个挑战是如何解释为什么电负性有时不能预测化学反应或化学键的极性。这个新定义的另一个优点是，它如何适应一个更广泛的框架，这个框架有助于解释当化学反应不受电负性控制时会发生什么。在这些用传统化学模型很难理解的反应中，电子之间复杂的相互作用在起作用。最终决定大多数化学反应结果是总能量的变化。在这篇新论文中，研究人员提出了一个等式，其中一个原子的总能量可以描述为两个值的和。
- 元素周期表显示了电负性新尺度下前96个元素的值，发表在《美国化学学会期刊》(Journal of the American Chemical Society)上。图片：Martin Rahm/Chalmers University of Technology
一个是电负性，第二个是平均电子相互作用。这些值在反应中变化的大小和性质揭示了电负性在影响化学过程中的相对重要性。在元素周期表中，有无数种方法可以结合原子来创造新材料。电负性提供了从这些组合中可以得到什么的第一个重要指标。这个规模是广泛的，我希望它将大大影响化学和材料科学的研究。电负性在化学研究中是常规的应用，在新尺度下，可以避免许多复杂的量子力学计算。电负性的新定义也可以用于分析通过量子力学计算的电子结构，使这些结果更容易理解。
博科园-科学科普｜研究/来自: 查尔姆斯理工大学
参考期刊文献:《美国化学学会期刊》
论文DOI: 10.1021/jacs.8b10246
博科园-传递宇宙科学之美
