南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)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(xué)性質(zhì)在壓力下的變化規(guī)律,。相關(guān)工作近日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。  

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

科研團(tuán)隊(duì)在前人工作的基礎(chǔ)上，利用第一性原理計(jì)算結(jié)合組內(nèi)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(nèi)的電負(fù)性和化學(xué)硬度隨壓力的變化趨勢(shì),。研究表明，壓力會(huì)顯著改變?cè)氐碾娯?fù)性和化學(xué)硬度,。與前人理解的不同,，壓力會(huì)改變?cè)鼗瘜W(xué)勢(shì)和電荷間的函數(shù)關(guān)系，從而改變?cè)氐幕瘜W(xué)性質(zhì),。同時(shí),，隨著壓力增加，各元素間的電負(fù)性和化學(xué)硬度排序會(huì)出現(xiàn)顯著改變,，進(jìn)而導(dǎo)致了各元素間化學(xué)性質(zhì)的重新排列,。如在常壓下，還原性最強(qiáng)的元素為銫,，但因壓力導(dǎo)致的軌道重組變成了鈉,。  

元素性質(zhì)變化具體表現(xiàn)為：壓力會(huì)普遍降低各個(gè)元素的化學(xué)硬度，從而導(dǎo)致高壓下整個(gè)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(huì)出現(xiàn)性質(zhì)移動(dòng),；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(dòng)量電子因其具有更少的節(jié)點(diǎn)而在高壓下焓值顯著降低,，進(jìn)而改變了原有的軌道交錯(cuò)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(jìn)一步引起其性質(zhì)改變。  

研究人員表示,，這些計(jì)算結(jié)果可以解釋大量已發(fā)表的理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,，并預(yù)測(cè)高壓下的化合物形成規(guī)律，為設(shè)計(jì)高壓下新型化合物構(gòu)筑了理論基礎(chǔ),。