【新知】

1869nianyuansuzhouqibiaodefaxianshijinxiandaihuaxuelilundanshengdebiaozhi
，jihuquanshijiesuoyoudehuaxuejiaokeshuhoudoufuyouyuansuzhouqibiao。jinnianlai
，yanjiurenyuanfaxian，yalihuidaozhiyuansuxingzhihedianzixingweifashengxianzhugaibian，jinerhuiyoufafengfudewulihuaxuexianxiang。zheshilejiefeichangguicailiaohechenghexingxingneibuwuzhixunhuandengkexuewentidezhongyaotujing。nankaidaxuewulikexuexueyuandongxiaofujiaoshouketizuheeluosisikeertaikeyanjiuyuanetaimu·R.奧加諾夫（Artem R.Oganov）教授課題組及其他合作者花費近十年時間研究相關問題
，探索元素化學性質在壓力下的變化規律，相關研究成果近期發表於《美國科學院院刊》。

壓力可顯著改變元素電負性和化學硬度

元素周期表深刻地反映了量子力學基本規律與化學原理間的關係。因為元素周期表在科學史上突出的貢獻，2019年即門捷列夫發現元素周期表150周年被確定為國際化學元素周期表年，《自然》《科學》等世界著名學術期刊均撰文紀念元素周期表的發現。

jinnianlai，duogejixiangbiaomingyuansuzhouqilvzaigaoyahuanjingzhonghuifashengyidingbianhua，erzhejiangchengweitansuogaoyawulihehuaxueguilvdetupokou。jinguanyanjiurenyuandedaoledaliangxinqidegaoyawulihehuaxuegeli
，danmuqianshangquefawanzhengqieyouxiaodelilunmoxinglaijieshizhexiexianxiang。

1934年美國化學家羅伯特·密立根創建了一個數學模型來描述元素的化學性質，其中存在兩個重要的參數：電負性和化學硬度，這兩項參數分別對應化學勢關於電荷數的第一階和第二階展開係數。“qianzhemiaoshuyuanzixiyindianzidenengli，houzhemiaoshudianzizhuangtaidewendingxing。dianfuxinghehuaxueyingdubiaoxianchumingxiandeyuansuzhouqilv，beishiweiyuansuzhouqilvdezhuyaobiaoxianxingshi。”董校介紹。

數(shu)十(shi)年(nian)來(lai)，人(ren)們(men)一(yi)直(zhi)認(ren)為(wei)電(dian)負(fu)性(xing)和(he)化(hua)學(xue)硬(ying)度(du)是(shi)元(yuan)素(su)的(de)固(gu)有(you)性(xing)質(zhi)，不(bu)隨(sui)外(wai)界(jie)條(tiao)件(jian)的(de)改(gai)變(bian)而(er)改(gai)變(bian)。董(dong)校(xiao)及(ji)科(ke)研(yan)團(tuan)隊(dui)在(zai)前(qian)人(ren)工(gong)作(zuo)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，利(li)用(yong)第(di)一(yi)性(xing)原(yuan)理(li)計(ji)算(suan)結(jie)合(he)組(zu)內(nei)開(kai)發(fa)的(de)“帶電氦矩陣”方法，揭示了氫到鋦之前96種元素在500吉帕以內的電負性和化學硬度隨壓力變化的趨勢。

這項工作表明
，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係，從而改變元素的化學性質。”董dong校xiao解jie釋shi，隨sui著zhe壓ya力li增zeng加jia，各ge元yuan素su間jian的de電dian負fu性xing和he化hua學xue硬ying度du排pai序xu會hui出chu現xian顯xian著zhu改gai變bian
，進jin而er導dao致zhi各ge元yuan素su間jian化hua學xue性xing質zhi的de重zhong新xin排pai列lie，如ru在zai常chang壓ya下xia，還hai原yuan性xing最zui強qiang的de元yuan素su為wei銫se
，但dan會hui因yin壓ya力li導dao致zhi的de軌gui道dao重zhong組zu變bian成cheng鈉na。

高壓下元素性質主要發生三方麵變化

據介紹，元素性質的變化具體表現在三方麵：yishiyalihuipubianjiangdigegeyuansudehuaxueyingdu
，congerdaozhigaoyaxiazhenggeyuansuzhouqibiaoxiangjinshuxingpianyi，shidegengduodeyuansubiaoxianjinshutexing，rujinshuhuaxianxiang
、聚合現象等。而常壓下的典型非金屬如碳、氮、氧等會出現性質移動，如氮在高壓下取代了碳，變為最容易形成複雜化合物的元素。在100吉帕至200吉帕，氮的電負性和化學硬度和常壓碳非常相似
，可以形成大量的環狀、鏈狀和空間骨架的複雜結構，基於此有望構建起高壓誘導的“氮基有機”化學。

二是100吉帕以上，壓力可以模糊長周期間的界限，如銫不再表現為堿金屬性質，並表現出一定的p區元素特性。

三是電子軌道發生重排，d電子在高壓下能量下降，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
，電子更傾向於占據p或d軌道

，從而進一步引起其性質改變。

董校介紹，隨著壓強增加
，重的堿金屬和堿土金屬元素不再是電正性最強的元素
，而出現過渡金屬的性質；鎳族表現出類似於稀有氣體的穩定結構；臨近鎳的鐵、鈷族和銅、鋅xin族zu元yuan素su在zai高gao壓ya下xia分fen別bie成cheng為wei強qiang的de電dian子zi受shou體ti與yu供gong體ti。因yin此ci一yi個ge長chang的de元yuan素su周zhou期qi中zhong，出chu現xian了le兩liang個ge小xiao周zhou期qi，此ci現xian象xiang被bei定ding義yi為wei壓ya力li誘you導dao的de小xiao周zhou期qi重zhong排pai。

董校最後表示：“這zhe些xie計ji算suan結jie果guo可ke以yi解jie釋shi大da量liang已yi發fa表biao的de理li論lun預yu測ce和he實shi驗yan現xian象xiang
，並bing預yu測ce高gao壓ya下xia的de化hua合he物wu形xing成cheng規gui律lv
，這zhe為wei設she計ji高gao壓ya下xia新xin型xing化hua合he物wu構gou築zhu了le理li論lun基ji礎chu。”