Opdagelse af periodiske tabeller for molekyler

Det periodiske system med elementer blev foreslået i 1869, og blev derefter en af ​​hjørnestenene i naturvidenskaberne. Denne tabel er designet til at indeholde alle de elementer, der findes i naturen i et særligt layout, der grupperer dem i rækker og kolonner i henhold til en af ​​deres vigtigste egenskaber, antallet af elektroner. Forskere har brugt det periodiske system i årtier til at forudsige egenskaberne ved de dengang ukendte grundstoffer, som blev tilføjet til bordet over tid.

Kunne der være sådan et periodisk system for molekyler? Selvom nogle forskere har tænkt over denne mulighed og foreslået periodiske regler for at forudsige eksistensen af ​​visse molekyler, disse forudsigelser var kun gyldige for klynger af atomer med en kvasi-sfærisk symmetri, på grund af begrænsningerne i deres egen teori. Imidlertid, der er mange klynger af atomer med andre former og andre typer symmetrier, der skal tages højde for med en bedre model. Dermed, et forskerhold fra Tokyo Tech, herunder Dr. Takamasa Tsukamoto, Dr. Naoki Haruta, Prof. Kimihisa Yamamoto og kolleger, foreslog en ny tilgang til at opbygge et periodisk system for molekyler med flere typer symmetrier.

Deres fremgangsmåde er baseret på en skarp observation af adfærden hos valenselektronerne i atomer, der danner molekylære klynger. Valenselektronerne kan betragtes som "frie" elektroner i atomer med en yderste orbital, og dermed kan de interagere med elektronerne i andre atomer for at danne forbindelser. Når flere atomer danner en klynge med en symmetrisk form, deres valenselektroner har en tendens til at optage specifikke molekylære orbitaler kaldet "superatomiske orbitaler, "hvor de opfører sig næsten nøjagtigt, som om de var elektronerne i et stort atom.

Ved at overveje dette faktum og analysere virkningerne af de strukturelle symmetrier for klynger (fig. 1), forskerne foreslog "symmetri-tilpassede orbital (SAO) modeller, "som er i overensstemmelse med flere kendte molekyler samt state-of-the-art kvantemekaniske beregninger. De nye periodiske tabeller, som ville blive oprettet for hver symmetritype, ville faktisk være fire-dimensionel, som vist i fig. 2, fordi molekylerne ville være arrangeret efter fire parametre:grupper og perioder (baseret på deres "valens" elektroner, ligner det normale periodiske system), arter (baseret på de konstituerende elementer), og familier (baseret på antallet af atomer).

SAO -tilgangen er meget lovende inden for materialedesign. "Moderne synteseteknikker gør det muligt for os at producere mange innovative materialer baseret på SAO -modellen, såsom lette magnetiske materialer, "siger prof. Yamamoto. Vejen for forskere ligger i yderligere at udvide disse tabeller til molekylære klynger med andre former og symmetrier og forudsige stabile molekyler, der endnu ikke er udviklet." Blandt de uendelige kombinationer af konstituerende elementer, det foreslåede periodiske system vil være et væsentligt bidrag til opdagelsen af ​​nye funktionelle materialer, "afslutter prof. Yamamoto.