Uno studio della Chalmers University of Technology, Svezia, ha fornito nuove risposte a domande fondamentali sulla relazione tra la dimensione di un atomo e le sue altre proprietà, come l'elettronegatività e l'energia. I risultati aprono la strada a progressi nello sviluppo dei materiali futuri. Per la prima volta, è possibile, in determinate condizioni, elaborare equazioni esatte per tali relazioni.

"La conoscenza delle dimensioni degli atomi e delle loro proprietà è vitale per spiegare la reattività chimica, struttura e le proprietà di molecole e materiali di ogni tipo. Questa è una ricerca fondamentale che ci è necessaria per fare importanti progressi, " spiega Martin Rahm, l'autore principale dello studio e leader della ricerca del Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology.

I ricercatori dietro lo studio, composto da colleghi dell'Università di Parma, Italia, così come il Dipartimento di Fisica presso la Chalmers University of Technology, hanno precedentemente lavorato con calcoli di meccanica quantistica per mostrare come le proprietà degli atomi cambiano ad alta pressione. Questi risultati sono stati presentati in articoli scientifici nel Giornale della Società Chimica Americana e ChemPhysChem .

Il nuovo studio, pubblicato sulla rivista Scienze chimiche , costituisce il passo successivo nel loro importante lavoro, esplorando la relazione tra il raggio di un atomo e la sua elettronegatività, un pezzo vitale di conoscenza chimica che è stato ricercato dagli anni '50.

Stabilire nuove equazioni utili

Studiando come la compressione influisce sui singoli atomi, i ricercatori sono stati in grado di derivare una serie di equazioni che spiegano come i cambiamenti in una proprietà, la dimensione di un atomo, possono essere tradotti e compresi come cambiamenti in altre proprietà, l'energia totale e l'elettronegatività di un atomo. La derivazione è stata fatta per pressioni speciali, in cui gli atomi possono assumere una delle due energie ben definite, due raggi e due elettronegatività.

"Questa equazione può, Per esempio, aiutano a spiegare come un aumento dello stato di ossidazione di un atomo aumenta anche la sua elettronegatività e viceversa, in caso di diminuzione dello stato di ossidazione, "dice Martin Rahm.

Una domanda chiave per la scienza dei materiali inesplorati

Uno degli obiettivi dello studio è stato quello di aiutare a identificare nuove opportunità e possibilità per la produzione di materiali ad alta pressione. Al centro della terra, la pressione può raggiungere centinaia di gigapascal e tali condizioni sono realizzabili oggi in ambienti di laboratorio. Esempi di aree in cui viene utilizzata la pressione oggi includono la sintesi di superconduttori, materiali che possono condurre corrente elettrica senza resistenza. Ma i ricercatori vedono molte altre possibilità future.

"La pressione è una dimensione in gran parte inesplorata nella scienza dei materiali, e cresce l'interesse per nuovi fenomeni e proprietà dei materiali che possono essere realizzati utilizzando la compressione, "dice Martin Rahm.

Creare il database che loro stessi desideravano

Le grandi quantità di dati che i ricercatori hanno calcolato attraverso il loro lavoro sono state ora riassunte in un database, e reso disponibile come applicazione web user-friendly. Questo sviluppo è stato sponsorizzato da Chalmers Area of ​​Advance Materials e reso possibile grazie alla collaborazione con il gruppo di ricerca di Paul Erhart presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.

Nell'applicazione web, gli utenti possono ora esplorare facilmente come appare la tavola periodica a diverse pressioni. Nell'ultima pubblicazione scientifica, i ricercatori forniscono un esempio di come questo strumento può essere utilizzato per fornire nuove informazioni sulla chimica. Le proprietà del ferro e del silicio, due elementi comuni che si trovano nella crosta terrestre, mantello e nucleo - sono confrontati, rivelando grandi differenze a pressioni diverse.

"Il database è qualcosa che mi mancava da molti anni. La nostra speranza è che si riveli uno strumento utile, ed essere utilizzato da molti diversi chimici e ricercatori di materiali che studiano e lavorano con alte pressioni. Lo abbiamo già utilizzato per guidare le ricerche teoriche di nuovi fluoruri di metalli di transizione, "dice Martin Rahm.