Химики объяснили реакционную активность всех элементов универсальной моделью
Исследователи из Сколтеха предложили универсальную и интуитивно понятную химическую модель, которая верно предсказывает реакционную активность элементов таблицы Менделеева в 88% случаев. Новая модель уравновешивает электроотрицательность элементов, то есть склонность их атомов притягивать электроны, за счет учета другого фундаментального фактора — стремления атомов сохранить свою электронную плотность неизменной. Опубликованное в журнале Nature Communications и подержанное Российским научным фондом исследование поможет разработке новых материалов, например устойчивых к коррозии сплавов, входящих в состав ядерных реакторов.
У одних химических элементов, таких как вольфрам, возможные партнеры для реакций наперечет. Другие образуют стабильные соединения почти со всей таблицей Менделеева — таковы кислород и фтор, например. Более двух столетий химики искали этому простое и интуитивно понятное объяснение.
Основное доступное объяснение отсылает к понятию электроотрицательности, которую впервые количественно описал лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг. Электроотрицательность элемента отражает то, насколько сильно его атомы притягивают электроны или, наоборот, насколько охотно они избавляются от электронов. Эту величину можно вывести из энергий химических связей, которые измеряются в экспериментах.
«Зачастую можно предсказать, какие элементы вступают в реакцию, на основании разности их электроотрицательностей: чем она больше, тем вероятнее реакция», — поясняет автор исследования заслуженный профессор Сколтеха, руководитель Лаборатории дизайна материалов Артем Оганов.
«Эта модель привлекательна своей простотой, но по ее логике любые два элемента должны были бы образовывать устойчивое соединение, ведь их электроотрицательности отличаются. Конечно, это не так: многие элементы друг с другом вовсе не реагируют», — отмечает Оганов.