電負(fù)性，是化學(xué)中的一個(gè)重要的基本概念。就其本身而言，電負(fù)性表示的是化學(xué)鍵中原子間電子共享的均勻程度，無(wú)論是在解釋化學(xué)鍵的能量，還是理解化合物的穩(wěn)定性，又或者是晶體的顏色、硬度等各種問(wèn)題時(shí)，它都扮演著必不可少的角色。

01

電負(fù)性的概念最早可追溯到1819年，當(dāng)時(shí)，化學(xué)家永斯·貝采利烏斯（J?ns Jacob Berzelius）將元素分為正電性和負(fù)電性。但其真正的概念化要?dú)w功于化學(xué)家萊納斯·鮑林（Linus Pauling）在20世紀(jì)初所做的工作。

鮑林將電負(fù)性定義為分子中原子吸引電子的能力，電負(fù)性較強(qiáng)的原子能獲得額外的電子，變得帶有負(fù)電荷；而電負(fù)性較弱的原子則會(huì)失去電子，變得帶有正電荷。1932年，鮑林提出了一個(gè)基于鍵能的公式，利用這個(gè)簡(jiǎn)單的公式，可以計(jì)算由于原子間電負(fù)性差異而導(dǎo)致的鍵的穩(wěn)定，這個(gè)定義一直沿用至今。

自鮑林之后，化學(xué)家為電負(fù)性提出了各種各樣的定義和標(biāo)度，它們大致可以被分為光譜定義（為孤立原子的定義）和熱化學(xué)定義（描述鍵能和化合物的生成熱）。然而，大多數(shù)電負(fù)性標(biāo)度都存在只適用于元素周期表中的部分元素的問(wèn)題。

鮑林的定義是使用最廣泛的一個(gè)熱化學(xué)標(biāo)度，在他的定義中，電負(fù)性的單位為eV-1/2。然而，和其他定義一樣，鮑林的標(biāo)度也存在不可忽視的問(wèn)題，比如熱化學(xué)電負(fù)性至少要能夠預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)的方向，然而利用鮑林的電負(fù)性卻常常會(huì)得出錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)。

現(xiàn)在，兩名來(lái)自俄羅斯的化學(xué)家Artem Oganov和Christian Tantardini找出了鮑林電負(fù)性標(biāo)度定義中的缺陷，并通過(guò)對(duì)鮑林的公式進(jìn)行一個(gè)看似簡(jiǎn)單的修改之后，糾正了其中的問(wèn)題，得到了一個(gè)熱化學(xué)標(biāo)度。使其在化學(xué)上的預(yù)測(cè)能力有了很大的提高。新的研究結(jié)果發(fā)表于近期的《自然-通訊》上。

02

鮑林是從鍵能中推導(dǎo)出電負(fù)性的。在他的公式中，化學(xué)鍵的能量是一個(gè)共價(jià)項(xiàng)和一個(gè)離子項(xiàng)的總和，離子項(xiàng)等于電負(fù)性差的平方。

DAB是兩個(gè)不同原子A和B之間單個(gè)化學(xué)鍵的離解能，DABcov是離解能的共價(jià)部分，ΔX2表示電負(fù)性之差的平方。

這個(gè)簡(jiǎn)單的公式存在著明顯的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)比較氟化鋰和氟化銫這兩種化合物時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在鋰和氟之間存在一個(gè)更短、更強(qiáng)的鍵；這意味著，氟化鋰的共價(jià)項(xiàng)和離子項(xiàng)比氟化銫的更大。然而根據(jù)鮑林的公式，銫的電負(fù)性卻比鋰強(qiáng)，而這與化學(xué)直覺(jué)相矛盾。

一直以來(lái)，有許多化學(xué)家都試圖通過(guò)使用更復(fù)雜的公式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并且他們已經(jīng)取得了一定的成功。然而，從鍵能得到電負(fù)性的公式，仍然與從電負(fù)性得到鍵能的公式不兼容。

因此，在這項(xiàng)新的研究中，Oganov和他的博士生Tantardini提出了一個(gè)可用于消除這些問(wèn)題的最簡(jiǎn)單公式——他們對(duì)鮑林的公式進(jìn)行了輕微修改，使電負(fù)性之差的平方不再直接等于鍵能的離子部分，而是表示離子部分和共價(jià)部分的比。

Oganov解釋說(shuō)，新的公式所表達(dá)的含義實(shí)際上更符合鮑林的最初觀點(diǎn)，即化學(xué)鍵的穩(wěn)定性是由離子和共價(jià)波函數(shù)的共振而決定的。不僅如此，在新的公式中，電負(fù)性是一個(gè)無(wú)量綱量，這是一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)，表明電負(fù)性不會(huì)被任何測(cè)量單位量化。利用新的電負(fù)性標(biāo)度，研究人員成功地得出了元素周期表中的118種元素的正確變化趨勢(shì)，合理地預(yù)測(cè)了化學(xué)鍵的電離度，對(duì)金屬和非金屬元素進(jìn)行了更好地區(qū)分，極大地改善了對(duì)分子熱化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)的描述。

03

鮑林的公式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而推導(dǎo)得出的，它并不是建立在基礎(chǔ)物理的模型之上。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于新的公式，化學(xué)家們的反饋是積極正面的。他們根據(jù)它在預(yù)測(cè)化學(xué)方面的表現(xiàn)，認(rèn)可了它的合理性。Oganov也表示，鮑林關(guān)于電負(fù)性的定義仍然是非常有用的，新的工作并沒(méi)有推翻鮑林的概念，而是讓它得到改進(jìn)和加強(qiáng)。

#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

文：小雨

#參考來(lái)源：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22429-0

https://www.skoltech.ru/en/2021/04/skoltech-scientists-create-a-new-electronegativity-scale/

https://www.chemistryworld.com/news/new-definition-of-electronegativity-fixes-flaws-left-by-linus-pauling/4013514.article

#圖片來(lái)源：

封面圖:Gam-Ol / Pixabay

編輯：jq