Forskere skaber en kemisk rumkortlægningsmetode og knækker mysteriet om Mendeleev-nummeret

Forskere har længe søgt efter et system til at forudsige materialers egenskaber baseret på deres kemiske sammensætning. I særdeleshed, de sætter fokus på konceptet om et kemisk rum, der placerer materialer i en referenceramme, således at tilstødende kemiske elementer og forbindelser plottet langs dets akser har lignende egenskaber. Denne idé blev først foreslået i 1984 af den britiske fysiker, David G. Pettifor, der tildelte et Mendeleev-nummer (MN) til hvert element. Men betydningen og oprindelsen af ​​MN'er var uklare. Forskere fra Skolkovo Institut for Videnskab og Teknologi (Skoltech) undrede den fysiske betydning af de mystiske MN'er og foreslog at beregne dem baseret på atomernes grundlæggende egenskaber. De viste, at både MN'er og det kemiske rum bygget omkring dem var mere effektive end empiriske løsninger foreslået indtil da. Deres forskning støttet af et tilskud fra Russian Science Foundation's (RSF) Lab Research Presidential Program i verdensklasse blev præsenteret i Journal of Physical Chemistry C .

Systematisering af den enorme variation af kemiske forbindelser, både kendte og hypotetiske, og at identificere dem med en særlig interessant ejendom er en høj ordre. At måle egenskaberne af alle tænkelige forbindelser i eksperimenter eller beregne dem teoretisk er direkte umuligt, hvilket tyder på, at søgningen bør indsnævres til et mindre rum.

David G. Pettifor fremsatte ideen om kemisk rum i forsøget på på en eller anden måde at organisere viden om materialeegenskaber. Det kemiske rum er dybest set en referenceramme, hvor elementer er plottet langs akserne i en bestemt sekvens, således at de nærliggende elementer, for eksempel, Na og K, har lignende egenskaber. Punkterne i rummet repræsenterer forbindelser, så naboerne, for eksempel, NaCl og KCl, har lignende egenskaber, også. I denne indstilling, et område er optaget af superhårde materialer og et andet af ultrabløde. Med det kemiske rum ved hånden, man kunne oprette en algoritme til at finde det bedste materiale blandt alle mulige forbindelser af alle elementer. For at bygge deres "smarte" kort, Skoltech-forskere, Artem R. Oganov og Zahed Allahyari, kom med deres egen universelle tilgang, der kan prale af den højeste forudsigelseskraft i forhold til de mest kendte metoder.

I mange år var videnskabsmænd uden anelse om, hvordan Pettifor udledte sine MN'er (hvis ikke empirisk), mens deres fysiske betydning forblev et næsten "esoterisk" mysterium i årevis.

"Jeg havde spekuleret over, hvad disse MN'er er i 15 år, indtil jeg indså, at de sandsynligvis er forankret i atomets grundlæggende egenskaber, såsom radius, elektronegativitet, polariserbarhed, og valens. Mens valens er variabel for mange elementer, polariserbarhed er stærkt korreleret med elektronegativitet. Dette efterlader os med radius og elektronegativitet, som kan reduceres til én egenskab gennem en simpel matematisk transformation. Og her går vi:vi får en MN, der viser sig at være den bedste måde at beskrive alle egenskaberne ved et atom på, og med et enkelt tal på det, " forklarer Artem R. Oganov, RSF-bevillingsprojektleder, en professor ved Skoltech og MISiS, medlem af Academia Europaea, en Fellow fra Royal Society of Chemistry (FRSC) og en Fellow fra American Physical Society (APS).

Forskerne brugte de beregnede MN'er til at arrangere alle elementerne i en sekvens, der poserede som abscisse og ordinatakser på samme tid. Hvert punkt i rummet svarer til alle sammensætninger af de tilsvarende grundstoffer. I dette rum, ved hjælp af målte eller forudsagte egenskaber af forbindelser, man kan kortlægge enhver specifik egenskab, for eksempel, hårdhed, magnetisering, dannelsesentalpi, osv. Et således fremstillet ejendomskort viste tydeligt de områder, der indeholdt de mest lovende forbindelser, såsom superhårde eller magnetiske materialer.