Størrelse betyder noget, når det kommer til atomare egenskaber

En undersøgelse fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, har givet nye svar på grundlæggende spørgsmål om forholdet mellem størrelsen af ​​et atom og dets andre egenskaber, såsom elektronegativitet og energi. Resultaterne baner vejen for fremskridt i fremtidig materialeudvikling. For første gang, det er muligt under visse betingelser at udtænke nøjagtige ligninger for sådanne sammenhænge.

"Kendskab til størrelsen af ​​atomer og deres egenskaber er afgørende for at forklare kemisk reaktivitet, struktur og egenskaber af molekyler og materialer af enhver art. Dette er grundforskning, som er nødvendig for, at vi kan gøre vigtige fremskridt, " forklarer Martin Rahm, studiets hovedforfatter og forskningsleder fra Institut for Kemi og Kemiteknik på Chalmers Tekniske Universitet.

Forskerne bag undersøgelsen, bestående af kolleger fra universitetet i Parma, Italien, samt Institut for Fysik ved Chalmers Tekniske Universitet, har tidligere arbejdet med kvantemekaniske beregninger for at vise, hvordan atomers egenskaber ændrer sig under højt tryk. Disse resultater blev præsenteret i videnskabelige artikler i Journal of the American Chemical Society og ChemPhysChem .

Den nye undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Kemisk Videnskab , udgør det næste skridt i deres vigtige arbejde, at udforske forholdet mellem et atoms radius og dets elektronegativitet - et vigtigt stykke kemisk viden, der har været søgt siden 1950'erne.

Etablering af nyttige nye ligninger

Ved at studere, hvordan kompression påvirker individuelle atomer, forskerne har været i stand til at udlede et sæt ligninger, der forklarer, hvordan ændringer i én egenskab – et atoms størrelse – kan oversættes og forstås som ændringer i andre egenskaber – et atoms samlede energi og elektronegativitet. Udledningen er lavet for specielle tryk, hvor atomerne kan tage en af ​​to veldefinerede energier, to radier og to elektronegativiteter.

"Denne ligning kan for eksempel, hjælpe med at forklare, hvordan en stigning i et atoms oxidationstilstand også øger dets elektronegativitet og omvendt, i tilfælde af et fald i oxidationstilstand, siger Martin Rahm.

Et nøglespørgsmål for videnskaben om uudforskede materialer

Et formål med undersøgelsen har været at hjælpe med at identificere nye muligheder og muligheder for fremstilling af materialer under højt tryk. I midten af ​​jorden, trykket kan nå hundredvis af gigapascal - og sådanne forhold kan opnås i laboratoriemiljøer i dag. Eksempler på områder, hvor tryk bruges i dag, omfatter syntese af superledere, materialer, der kan lede elektrisk strøm uden modstand. Men forskerne ser mange yderligere muligheder forude.

"Pres er en stort set uudforsket dimension inden for materialevidenskab, og interessen for nye fænomener og materialeegenskaber, der kan realiseres ved hjælp af kompression, vokser, siger Martin Rahm.

Oprettelse af den database, de selv ønskede sig

De store mængder data, som forskerne har opgjort gennem deres arbejde, er nu opsummeret i en database, og gjort tilgængelig som en brugervenlig webapplikation. Denne udvikling blev sponsoreret af Chalmers Area of ​​Advance Materials og muliggjort gennem et samarbejde med forskergruppen af ​​Paul Erhart ved Institut for Fysik på Chalmers.

I webapplikationen, brugere kan nu nemt udforske, hvordan det periodiske system ser ud ved forskellige tryk. I den seneste videnskabelige publikation, forskerne giver et eksempel på, hvordan dette værktøj kan bruges til at give ny indsigt i kemi. Egenskaberne af jern og silicium - to almindelige grundstoffer, der findes i jordskorpen, kappe og kerne - sammenlignes, afslører store forskelle ved forskellige tryk.

"Databasen er noget, jeg har manglet i mange år. Vores håb er, at den vil vise sig at være et nyttigt værktøj, og bruges af mange forskellige kemikere og materialeforskere, der studerer og arbejder med højtryk. Vi har allerede brugt det til at vejlede teoretiske søgninger efter nye overgangsmetalfluorider, siger Martin Rahm.