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本報天津3月14日電 門捷列夫的元素周期律揭示了元素之間的規律與特性，是長期以來化學學科最重要的基礎知識。記者14日從南開大學獲悉，南開大學物理科學學院董校副教授課題組和俄羅斯skoltech研究院Artem R.Oganov教授課題組及其他合作者發現，隨著壓力增加，各元素間的電負性和化學硬度排序會出現顯著改變，進而導致各元素間化學性質的重新排列，相關研究論文近期將發表在《美國科學院院刊》。
數十年來，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。董校及科研團隊在前人研究的基礎上，利用第一性原理計算，結合組內開發的“帶電氦矩陣”方法，揭示了氫到鋦之前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。其研究表明，壓力會顯著地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關系，從而改變元素的化學性質。
董校及其科研團隊具體介紹了三個方面的元素性質的變化。一是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出金屬特性，如金屬化現象、聚合現象等。而常壓下的典型非金屬元素如碳、氮、氧等會出現性質移動，如氮在高壓下取代了碳變為最容易形成復雜化合物的元素，在100GPa至200GPa，氮的電負性和化學硬度與常壓碳非常相似，可以形成大量的環狀、鏈狀和空間骨架的復雜結構，有望構建起高壓誘導的“氮基”有機化學。二是100GPa以上，壓力可以模糊長周期間的界限，如Cs的6s、5d和5p軌道間的能隙會顯著減小，從而使Cs表現出一定的p區元素特性。三是電子軌道發生重排，高角動量電子因其具有更少的節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律，具體表現為p或d軌道能量降低，電子更傾向于占據p或d軌道，從而進一步引起其性質改變。這些研究結果可以解釋大量已發表的理論預測和實驗現象，并預測高壓下的化合物形成規律，為設計高壓下新型化合物構筑了理論基礎。（記者 劉茜 陳建強 通訊員 喬仁銘）
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