Une étude de l'Université de technologie Chalmers, Suède, a apporté de nouvelles réponses à des questions fondamentales sur la relation entre la taille d'un atome et ses autres propriétés, comme l'électronégativité et l'énergie. Les résultats ouvrent la voie à des avancées dans le développement futur des matériaux. Pour la première fois, il est possible, sous certaines conditions, de concevoir des équations exactes pour de telles relations.

"La connaissance de la taille des atomes et de leurs propriétés est indispensable pour expliquer la réactivité chimique, structure et les propriétés des molécules et des matériaux de toutes sortes. C'est une recherche fondamentale qui nous est nécessaire pour faire des avancées importantes, " explique Martin Rahm, l'auteur principal de l'étude et le responsable de la recherche du Département de chimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers.

Les chercheurs à l'origine de l'étude, composé de collègues de l'Université de Parme, Italie, ainsi que le Département de physique de l'Université de technologie Chalmers, ont déjà travaillé avec des calculs de mécanique quantique pour montrer comment les propriétés des atomes changent sous haute pression. Ces résultats ont été présentés dans des articles scientifiques du Journal de l'American Chemical Society et ChemPhysChem .

La nouvelle étude, publié dans la revue Sciences chimiques , constitue la prochaine étape de leur important travail, explorer la relation entre le rayon d'un atome et son électronégativité, un élément essentiel de la connaissance chimique recherchée depuis les années 1950.

Établir de nouvelles équations utiles

En étudiant comment la compression affecte les atomes individuels, les chercheurs ont pu dériver un ensemble d'équations qui expliquent comment les changements dans une propriété - la taille d'un atome - peuvent être traduits et compris comme des changements dans d'autres propriétés - l'énergie totale et l'électronégativité d'un atome. La dérivation a été faite pour des pressions spéciales, à laquelle les atomes peuvent prendre l'une des deux énergies bien définies, deux rayons et deux électronégativités.

« Cette équation peut, par exemple, aider à expliquer comment une augmentation de l'état d'oxydation d'un atome augmente également son électronégativité et vice versa, en cas de diminution de l'état d'oxydation, " dit Martin Rahm.

Une question clé pour la science des matériaux inexplorés

L'un des objectifs de l'étude a été d'aider à identifier de nouvelles opportunités et possibilités pour la production de matériaux sous haute pression. Au centre de la terre, la pression peut atteindre des centaines de gigapascals et de telles conditions sont réalisables en laboratoire aujourd'hui. Des exemples de domaines où la pression est utilisée aujourd'hui comprennent la synthèse de supraconducteurs, matériaux qui peuvent conduire le courant électrique sans résistance. Mais les chercheurs voient de nombreuses autres possibilités à venir.

"La pression est une dimension largement inexplorée dans la science des matériaux, et l'intérêt pour les nouveaux phénomènes et propriétés des matériaux qui peuvent être réalisés en utilisant la compression est croissant, " dit Martin Rahm.

Créer la base de données qu'ils souhaitaient eux-mêmes

Les grandes quantités de données que les chercheurs ont calculées grâce à leur travail ont maintenant été résumées dans une base de données, et mis à disposition sous la forme d'une application Web conviviale. Ce développement a été parrainé par Chalmers Area of ​​Advance Materials et rendu possible grâce à une collaboration avec le groupe de recherche de Paul Erhart au Département de physique de Chalmers.

Dans l'application Web, les utilisateurs peuvent désormais facilement explorer à quoi ressemble le tableau périodique à différentes pressions. Dans la dernière publication scientifique, les chercheurs fournissent un exemple de la façon dont cet outil peut être utilisé pour fournir de nouvelles connaissances en chimie. Les propriétés du fer et du silicium, deux éléments communs trouvés dans la croûte terrestre, manteau et noyau - sont comparés, révélant de grandes différences à différentes pressions.

"La base de données est quelque chose qui me manque depuis de nombreuses années. Nous espérons qu'elle s'avérera être un outil utile, et être utilisé par de nombreux chimistes et chercheurs en matériaux différents qui étudient et travaillent avec des pressions élevées. Nous l'avons déjà utilisé pour guider les recherches théoriques de nouveaux fluorures de métaux de transition, " dit Martin Rahm.