Un estudio de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ha dado nuevas respuestas a preguntas fundamentales sobre la relación entre el tamaño de un átomo y sus otras propiedades, como la electronegatividad y la energía. Los resultados allanan el camino para avances en el desarrollo de material futuro. Por primera vez, bajo ciertas condiciones es posible idear ecuaciones exactas para tales relaciones.

"El conocimiento del tamaño de los átomos y sus propiedades es vital para explicar la reactividad química, estructura y propiedades de moléculas y materiales de todo tipo. Esta es una investigación fundamental que es necesaria para que podamos lograr avances importantes, "explica Martin Rahm, el autor principal del estudio y líder de investigación del Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Los investigadores detrás del estudio, compuesto por colegas de la Universidad de Parma, Italia, así como el Departamento de Física de la Universidad Tecnológica de Chalmers, He trabajado anteriormente con cálculos de mecánica cuántica para mostrar cómo cambian las propiedades de los átomos a alta presión. Estos resultados fueron presentados en artículos científicos en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense y ChemPhysChem .

El nuevo estudio, publicado en la revista Ciencia química , constituye el siguiente paso en su importante labor, explorar la relación entre el radio de un átomo y su electronegatividad, un conocimiento químico vital que se ha buscado desde la década de 1950.

Establecer nuevas ecuaciones útiles

Al estudiar cómo afecta la compresión a los átomos individuales, los investigadores han podido derivar un conjunto de ecuaciones que explican cómo los cambios en una propiedad, el tamaño de un átomo, pueden traducirse y entenderse como cambios en otras propiedades:la energía total y la electronegatividad de un átomo. La derivación se ha realizado para presiones especiales, en el que los átomos pueden tomar una de dos energías bien definidas, dos radios y dos electronegatividades.

"Esta ecuación puede, por ejemplo, ayudar a explicar cómo un aumento en el estado de oxidación de un átomo también aumenta su electronegatividad y viceversa, en el caso de una disminución del estado de oxidación, "dice Martin Rahm.

Una pregunta clave para la ciencia de los materiales inexplorados

Uno de los objetivos del estudio ha sido ayudar a identificar nuevas oportunidades y posibilidades para la producción de materiales a alta presión. En el centro de la tierra la presión puede alcanzar cientos de gigapascales, y esas condiciones se pueden lograr hoy en día en entornos de laboratorio. Ejemplos de áreas donde se usa la presión en la actualidad incluyen la síntesis de superconductores, materiales que pueden conducir corriente eléctrica sin resistencia. Pero los investigadores ven muchas más posibilidades en el futuro.

"La presión es una dimensión en gran parte inexplorada dentro de la ciencia de los materiales, y el interés en nuevos fenómenos y propiedades de los materiales que se pueden realizar mediante la compresión está creciendo, "dice Martin Rahm.

Creando la base de datos que ellos mismos deseaban

Las grandes cantidades de datos que los investigadores han calculado a través de su trabajo ahora se han resumido en una base de datos, y disponible como una aplicación web fácil de usar. Este desarrollo fue patrocinado por Chalmers Area of ​​Advance Materials y fue posible gracias a la colaboración con el grupo de investigación de Paul Erhart en el Departamento de Física de Chalmers.

En la aplicación web, los usuarios ahora pueden explorar fácilmente cómo se ve la tabla periódica a diferentes presiones. En la última publicación científica, los investigadores proporcionan un ejemplo de cómo se puede utilizar esta herramienta para proporcionar una nueva perspectiva de la química. Las propiedades del hierro y el silicio, dos elementos comunes que se encuentran en la corteza terrestre, manto y núcleo — se comparan, revelando grandes diferencias a diferentes presiones.

"La base de datos es algo que me he perdido durante muchos años. Esperamos que resulte una herramienta útil, y ser utilizado por muchos químicos e investigadores de materiales diferentes que estudian y trabajan con altas presiones. Ya lo hemos utilizado para orientar las búsquedas teóricas de nuevos fluoruros de metales de transición, "dice Martin Rahm.