ЕРЕВАН, 10 мая – Sputnik. Электроотрицательность – один из важнейших факторов, определяющих взаимодействия элементов таблицы Менделеева. Это способность атомов притягивать к себе чужие электроны. От этого зависят очень многие химические процессы, включая и те, которые нам кажутся вполне обычными (например, почему при горении выделяется тепло).
Новую формулу для измерения элеткроотрицательности (а значит, и более точного объяснения многочисленных явлений природы) предложил Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна новых материалов в Сколтехе (Сколковский институт науки и технологий).
Результаты его работы изложены в Nature Communications – весьма авторитетном мировом научном издании.
Что такое электроотрицательность
У атомов каждого элемента в таблице Менделеева есть способность притягивать к себе электроны соседних атомов или, наоборот, отдавать их. Эта способность, называемая элеткроотрицательностью, определяется по нескольким шкалам, из которых самая употребительная – шкала великого американского химика Лайнуса Полинга.
Артем Оганов и его коллеги представили новую шкалу, которая оказалась существенно точнее предыдущей.
Почему выделяется много энергии при горении? Почему одни вещества тверже, чем другие? Почему горение во фторе выделяет больше тепла, чем горение в кислороде? Почему одни химические соединения стабильны и легко образуются? Какие свойства элементов диктуют выбор той или иной кристаллической структуры? В этих и многих других важнейших процессах физики и химии многое объясняется электроотрицательностью атомов.
Свою шкалу Лайнус Полинг составил в 1932 году и с тех пор она несколько раз уточнялась и дополнялась. Уже почти 90 лет она верой и правдой служит ученым всего мира. Но в ней есть целый ряд существенных трудностей, которыми обычно пренебрегали, но все же лучше попытаться их разрешить, отмечает Оганов.
В чем вопрос
Электроотрицательность каких-то элементов выбивается из научной интуиции. В полинговской шкале есть довольно много случаев, когда у металлов электроотрицательность выше, чем у некоторых неметаллов (хотя считается, что металлами становятся именно элементы с низкой электроотрицательностью).
Формула Полинга связывает энергии химических связей с электроотрицательностью (вернее, с квадратом их разности).
Но эта формула хорошо работает только для связей с низкой степенью ионности, то есть таких, где элементы не очень сильно отличаются друг от друга (говоря упрощенным языком – находятся на разных сторонах таблицы Менделеева), и где перенос связи от одного атома к другому средний или слабый. Для сильно ионных связей она дает очень большие ошибки - то есть не работает там, где нужнее всего, где описываемые ею эффекты стабилизации связи за счет переноса заряда наиболее значимы. Получается, что шкала Полинга и формула, по которой она получена, плохо совместимы.
В чем нововведение
В формуле Оганова меняется роль квадрата разности электроотрицательностей: он равен уже не самой величине ионной составляющей энергии связи, а соотношением ионного и ковалентного компонентов атомной связи, которое напрямую связано со степенью ионности связи.
"Рассчитав, с помощью этой формулы, значения электроотрицательности всех элементов, мы получили стройную шкалу, которая подчиняется всем ожидаемым химическим закономерностям. Средняя ошибка полинговских предсказаний составляет 40%, а по новой шкале – 5%", - отмечает Оганов.
Таким образом, новая шкала устраняет дефекты полинговской шкалы.
