南開大學物理科學學院副教授董校課題組和國外科研人員合作,，探索了元素化學性質在壓力下的變化規(guī)律,。相關工作近日發(fā)表于美國《國家科學院院刊》。  

在壓力下,，元素性質和電子行為會發(fā)生明顯改變。1934年,，美國化學家羅伯特·密立根創(chuàng)建了描述元素化學性質的數(shù)學模型,，其中存在兩個重要參數(shù)：電負性和化學硬度。數(shù)十年來,，人們一直認為電負性和化學硬度是元素的固有性質,，不隨外界條件的改變而改變。  

科研團隊在前人工作的基礎上,，利用第一性原理計算結合組內開發(fā)的“帶電氦矩陣”方法,，揭示了氫到鋦之前的96種元素在500GPa以內的電負性和化學硬度隨壓力的變化趨勢。研究表明,，壓力會顯著改變元素的電負性和化學硬度,。與前人理解的不同，壓力會改變元素化學勢和電荷間的函數(shù)關系,，從而改變元素的化學性質,。同時，隨著壓力增加,，各元素間的電負性和化學硬度排序會出現(xiàn)顯著改變,，進而導致了各元素間化學性質的重新排列,。如在常壓下，還原性最強的元素為銫,，但因壓力導致的軌道重組變成了鈉,。  

元素性質變化具體表現(xiàn)為：壓力會普遍降低各個元素的化學硬度，從而導致高壓下整個元素周期表向金屬性偏移,，使得更多的元素表現(xiàn)金屬特性,，如金屬化現(xiàn)象、聚合現(xiàn)象等,，而常壓下的典型非金屬（如碳,、氮、氧等）會出現(xiàn)性質移動,；在100GPa以上,，壓力可以模糊長周期間的界限；電子軌道發(fā)生重排,，高角動量電子因其具有更少的節(jié)點而在高壓下焓值顯著降低,，進而改變了原有的軌道交錯規(guī)律，具體表現(xiàn)為p或d軌道能量降低,，電子更傾向于占據(jù)p或d軌道,，從而進一步引起其性質改變。  

研究人員表示,，這些計算結果可以解釋大量已發(fā)表的理論預測和實驗現(xiàn)象,，并預測高壓下的化合物形成規(guī)律，為設計高壓下新型化合物構筑了理論基礎,。