【新知】

1869年(nian)元(yuan)素(su)周(zhou)期(qi)表(biao)的(de)發(fa)現(xian)是(shi)近(jin)現(xian)代(dai)化(hua)學(xue)理(li)論(lun)誕(dan)生(sheng)的(de)標(biao)誌(zhi)，幾(ji)乎(hu)全(quan)世(shi)界(jie)所(suo)有(you)的(de)化(hua)學(xue)教(jiao)科(ke)書(shu)後(hou)都(dou)附(fu)有(you)元(yuan)素(su)周(zhou)期(qi)表(biao)。近(jin)年(nian)來(lai)，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)發(fa)現(xian)，壓(ya)力(li)會(hui)導(dao)致(zhi)元(yuan)素(su)性(xing)質(zhi)和(he)電(dian)子(zi)行(xing)為(wei)發(fa)生(sheng)顯(xian)著(zhu)改(gai)變(bian)
，進(jin)而(er)會(hui)誘(you)發(fa)豐(feng)富(fu)的(de)物(wu)理(li)化(hua)學(xue)現(xian)象(xiang)。這(zhe)是(shi)了(le)解(jie)非(fei)常(chang)規(gui)材(cai)料(liao)合(he)成(cheng)和(he)行(xing)星(xing)內(nei)部(bu)物(wu)質(zhi)循(xun)環(huan)等(deng)科(ke)學(xue)問(wen)題(ti)的(de)重(zhong)要(yao)途(tu)徑(jing)。南(nan)開(kai)大(da)學(xue)物(wu)理(li)科(ke)學(xue)學(xue)院(yuan)董(dong)校(xiao)副(fu)教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)組(zu)和(he)俄(e)羅(luo)斯(si)斯(si)科(ke)爾(er)泰(tai)克(ke)研(yan)究(jiu)院(yuan)阿(e)泰(tai)姆(mu)·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。

近jin年nian來lai

，多duo個ge跡ji象xiang表biao明ming元yuan素su周zhou期qi律lv在zai高gao壓ya環huan境jing中zhong會hui發fa生sheng一yi定ding變bian化hua，而er這zhe將jiang成cheng為wei探tan索suo高gao壓ya物wu理li和he化hua學xue規gui律lv的de突tu破po口kou。盡jin管guan研yan究jiu人ren員yuan得de到dao了le大da量liang新xin奇qi的de高gao壓ya物wu理li和he化hua學xue個ge例li，但dan目mu前qian尚shang缺que乏fa完wan整zheng且qie有you效xiao的de理li論lun模mo型xing來lai解jie釋shi這zhe些xie現xian象xiang。

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。”dongxiaojieshi，suizheyalizengjia
，geyuansujiandedianfuxinghehuaxueyingdupaixuhuichuxianxianzhugaibian，jinerdaozhigeyuansujianhuaxuexingzhidezhongxinpailie，ruzaichangyaxia，haiyuanxingzuiqiangdeyuansuweise，danhuiyinyalidaozhideguidaozhongzubianchengna。

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。”