重新定义一个至关重要的科学概念

作者: 萌大统领

来源: 美国化学学会期刊

发布日期: 2019-02-09

化学家们重新定义了电负性这一重要概念,通过新的标度将其扩展到重元素,并提出了一个能量分配方程来解释电负性在预测化学反应时的失效。新的定义有望帮助化学家避免复杂的量子力学计算,推动化学和材料科学的发展。

在化学中,有一个全世界的化学家和材料学家几乎每天都会用到的概念,它常被视为是元素周期表中的“第三个维度”。研究人员已经无数次地将它用于分子和材料的设计上。它衡量的是不同原子吸引电子的强度。可以说,它是理解元素之间为什么会发生化学反应,以及解释为何能形成具有不同性质的材料的重要基础。这个概念就是电负性(Electronegativity),通常用字母χ表示。

化学家曾无数次地尝试用不同的方法来定义和量化电负性这一概念。简而言之,这个概念始于现代化学的奠基人——瑞典化学家永斯·贝采利乌斯在19世纪的研究。但它的主要功臣是美国化学家莱纳斯·鲍林,它将电负性定义为分子中原子吸引电子的能力,并提出了一个基于键能的公式,这一定义至今仍然适用。

除此之外,为了更好地量化这一概念,人们还提出了许多其他定义:与鲍林几乎同时期的另一位诺贝尔化学奖得主罗伯特·马利肯就将电负性定义为电子亲合性和第一电离势的平均值。

最近,Rahm与加拿大卡尔顿大学的Toby Zeng,以及1981年的诺贝尔化学奖得主Roald Hoffmann教授,在一个全新的、更全面的标度上对电负性进行了重新定义。

他们设计出了一整套全新的电负性标度,并将结果刊登在了《美国化学学会期刊》上。新的电负性标度适用于从氢到锔(1~96)范围内的所有96个元素,这与之前的几个标度相比都有显著增加;还有一些原子的电负性在排序上出现了改变,例如氧和铬相对于它们最近元素的排列顺序就都发生了变化。

新的定义还具有另一个重要优点,那就是它有助于我们弄清楚为什么电负性在预测有些化学反应时并不总是有效;并且它可以帮助解释当化学反应不受电负性控制时,电负性的意义是什么。新的标度有着非常广泛的覆盖范围,它对化学和材料科学的研究或许将产生深远的影响。它更符合化学直觉,也更易于理解。这样一个更加全面的电负性标度,能帮助化学家避免许多复杂的量子力学计算。

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