Ny skala for elektronegativitet omskriver lærebogen i kemi

Elektronegativitet er en af ​​de mest kendte modeller til at forklare, hvorfor kemiske reaktioner opstår. Nu, Martin Rahm fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, har omdefineret konceptet med en ny, mere omfattende skala. Hans arbejde, gennemført med kolleger, herunder en nobelprisvinder, er blevet offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Teorien om elektronegativitet bruges til at beskrive, hvor stærkt forskellige atomer tiltrækker elektroner. Ved at bruge elektronegativitetsskalaer, man kan forudsige den omtrentlige ladningsfordeling i forskellige molekyler og materialer, uden at skulle ty til komplekse kvantemekaniske beregninger eller spektroskopiske undersøgelser. Dette er afgørende for at forstå alle slags materialer, samt til at designe nye. Brugt dagligt af kemikere og materialeforskere over hele verden, konceptet stammer fra den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius' forskning i det 19. århundrede og undervises bredt på gymnasieniveau.

Nu, Martin Rahm, Adjunkt i fysisk kemi ved Chalmers Tekniske Universitet, har udviklet en helt ny skala for elektronegativitet.

"Den nye definition er den gennemsnitlige bindingsenergi af de yderste og svageste bundne elektroner - almindeligvis kendt som valenselektronerne, " forklarer han.

"Vi udledte disse værdier ved at kombinere eksperimentelle fotoioniseringsdata med kvantemekaniske beregninger. de fleste elementer relaterer sig til hinanden på samme måde som i tidligere skalaer. Men den nye definition har også ført til nogle interessante ændringer, hvor atomer har skiftet plads i rækkefølgen af ​​elektronegativitet. Derudover for nogle grundstoffer er det første gang, deres elektronegativitet er blevet beregnet."

For eksempel, sammenlignet med tidligere skalaer, oxygen og krom er begge blevet flyttet i ranglisten, i forhold til grundstoffer tættest på dem i det periodiske system. Den nye skala omfatter 96 elementer, en markant stigning i forhold til tidligere versioner. Skalaen løber nu fra det første element, brint, til den seksoghalvfems, curium.

En motivation for forskerne til at udvikle den nye skala var, at selvom der findes flere forskellige definitioner af begrebet, hver er kun i stand til at dække dele af det periodiske system. En yderligere udfordring for kemikere er, hvordan man forklarer, hvorfor elektronegativitet nogle gange ikke er i stand til at forudsige kemisk reaktivitet eller polariteten af ​​kemiske bindinger.

En yderligere fordel ved den nye definition er, hvordan den passer ind i en bredere ramme, der kan hjælpe med at forklare, hvad der sker, når kemiske reaktioner ikke styres af elektronegativitet. I disse reaktioner, som kan være svært at forstå ved brug af konventionelle kemiske modeller, komplekse interaktioner mellem elektroner er på arbejde. Det, der i sidste ende bestemmer udfaldet af de fleste kemiske reaktioner, er ændringen i den samlede energi. I det nye blad, forskerne tilbyder en ligning, hvor den samlede energi af et atom kan beskrives som summen af ​​to værdier. Den ene er elektronegativitet, og den anden er den gennemsnitlige elektroninteraktion. Størrelsen og karakteren af ​​disse værdier, når de ændrer sig i løbet af en reaktion, afslører den relative betydning af elektronegativitet for at påvirke den kemiske proces.

Der er uendelige måder at kombinere atomerne i det periodiske system for at skabe nye materialer. Elektronegativitet giver en første vigtig indikator for, hvad der kan forventes af disse kombinationer.

"Skalaen er omfattende, og jeg håber, at det i høj grad vil påvirke forskningen i kemi og materialevidenskab. Elektronegativitet bruges rutinemæssigt i kemisk forskning og med vores nye skala kan en række komplicerede kvantemekaniske beregninger undgås. Den nye definition af elektronegativitet kan også være nyttig til at analysere elektroniske strukturer beregnet gennem kvantemekanik, ved at gøre sådanne resultater mere forståelige, siger Martin Rahm.