Российские химики нашли несоответствие в формуле нобелевского лауреата

МОСКВА, 7 апр — РИА Новости. Ученые из Сколтеха по-новому определили одно из фундаментальных химических понятий — электроотрицательность, и предложили свою шкалу для его оценки, которая отличается от классической шкалы Полинга. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Электроотрицательность — количественная характеристика способности атома оттягивать к себе электроны других атомов. Это одно из важнейших понятий в химии, необходимое для объяснения многих свойств — от энергии химических связей и стабильности соединений до цвета и твердости кристаллов.

Современное понятие об электроотрицательности атомов было введено американским химиком, нобелевским лауреатом Линусом Полингом в 1930-х годах. Он же предложил первую шкалу относительных атомных электроотрицательностей, основанную на способности атома притягивать электронную плотность. В химической связи более электроотрицательный атом получает дополнительные электроны, становясь отрицательно заряженными, в то время как менее электроотрицательный атом теряет электроны и становится положительно заряженным.

Шкала Полинга охватывает значения от 0,7 для атомов франция до 4,0 для атомов фтора. Фтор — наиболее электроотрицательный элемент, за ним следует кислород со значением 3,5, потом азот, хлор и так далее.

Полинг вывел свои значения электроотрицательности из термохимии, используя энергии некоторых химических связей. Он предложил простейшую формулу для расчета стабилизации связи из-за разницы в электроотрицательности между атомами. Однако со временем стало ясно, что формула Полинга дает довольно низкую точность.

Поэтому различные ученые в разное время предлагали свои определения электроотрицательности, которые грубо можно разделить на спектроскопические — для изолированных атомов — и термохимические — характеризующие энергии связи и теплоты образования соединений.

Российские химики из Сколтеха профессор Артем Оганов и исследователь Кристиан Тантардини внесли изменения в формулу Полинга и на ее основе создали новую термохимическую шкалу электроотрицательности.

"Все началось с того, что мы решили вычислить электроотрицательность Полинга под давлением, — приводятся в пресс-релизе Сколтеха слова Артема Оганова. — Химия высоких давлений довольно экзотична. Тем не менее, вы, вероятно, сможете понять многое, как только узнаете, как электроотрицательность элементов изменяется под давлением. Мы использовали определение Полинга для расчета электроотрицательности в нормальных условиях и были поражены, обнаружив, что ее масштаб не соответствует ни теоретическим, ни экспериментальным энергиям связи. Более того, многие публикации в химической литературе упоминают об этом несоответствии, но ни одна не предлагает последовательного решения".

"Я понял, что основная причина заключалась в том, что Полинг рассматривал ионную стабилизацию молекулы как аддитивный эффект. Если рассматривать ее как мультипликативный эффект, то многие недостатки будут устранены. С помощью новой формулы и экспериментально полученных энергий химических связей мы определили электроотрицательность всех элементов и получили красивую шкалу, которая работает как для малых, так и для больших разностях в электроотрицательности", — отмечает ученый.

В новой формуле, в отличие от шкалы Полинга, электроотрицательность является безразмерной величиной и, по словам авторов, лучше описывает химические связи, энергии молекул и реакции.