Разработана новая методика определения атомных зарядов в материалах

ТАСС, 6 августа. Российские исследователи разработали новый подход, позволяющий быстро и точно определять атомные заряды и выделять ионную и ковалентную составляющую в энергии химической связи. Его применение позволит лучше понимать то, как связаны друг с другом атомы в самых разных веществах, сообщила пресс-служба Сколковского института науки и технологий "Сколтех" (входит в группу ВЭБ.РФ).

"От степени ковалентности или ионности связей между атомами, или, другими словами, от их зарядов атомов, зависит большинство свойств материалов. Проблема в том, что за последнее столетие было предложено так много способов определения атомных зарядов, что до сих пор ученые не пришли к единому мнению о том, как это лучше делать и какие численные значения заряда считать корректными", - пояснил профессор "Сколтеха" Артем Оганов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Для решения этой проблемы ученые разработали подход, который позволяет математически точно рассчитать заряд атома по свойствам электронных орбиталей, максимально приближенных к атомным. Для проведения подобных расчетов ученые использовали так называемые функции Ванье, описывающие волновое поведение электронов в молекулах и характер их движения вокруг ядра того или иного элемента.

Используя этот подход, российские химики просчитали атомные заряды и структуру связей в большом числе молекул, чье устройство было ранее хорошо изучено при помощи методов экспериментальной химии и физики. Результаты этих расчетов в целом совпали с эмпирическими данными, что является, как отмечают ученые, еще одним аргументом в пользу корректности существующих представлений о природе химических связей, построенных на базе концепции электроотрицательности.

"С помощью нашего метода можно неэмпирическим путем определить атомные заряды и выделить ковалентную и ионную составляющие в энергии связи. Полученные результаты хорошо согласуются с химической интуицией. Исключением в этом отношении стал лишь кристалл фосфида бора, у которого атомные заряды оказались инвертированными", - добавил профессор Оганов.

Эта аномалия, как показывают проведенные химиками расчеты, может быть объяснена тем, что невыгодный с энергетической точки зрения перенос электронов между атомами бора и фосфора позволяет им сформировать более прочную ковалентную связь, что компенсирует общие потери энергии. Схожим образом устроены некоторые другие молекулы, распространенные в природе, в том числе угарный газ, чью структуру можно также объяснить при помощи новой методики вычисления зарядов атомов, сказали исследователи.