Elektronegativitet är en av de mest kända modellerna för att förklara varför kemiska reaktioner uppstår. Nu, Martin Rahm från Chalmers tekniska högskola, Sverige, har omdefinierat konceptet med en ny, mer omfattande skala. Hans arbete, genomfört med kollegor inklusive en Nobelpristagare, har publicerats i Journal of the American Chemical Society .

Teorin om elektronegativitet används för att beskriva hur starkt olika atomer attraherar elektroner. Genom att använda elektronegativitetsskalor, man kan förutsäga den ungefärliga laddningsfördelningen i olika molekyler och material, utan att behöva ta till komplexa kvantmekaniska beräkningar eller spektroskopiska studier. Detta är viktigt för att förstå alla typer av material, samt för att designa nya. Används dagligen av kemister och materialforskare över hela världen, konceptet härstammar från den svenske kemisten Jöns Jacob Berzelius forskning på 1800-talet och lärs ut flitigt på gymnasienivå.

Nu, Martin Rahm, biträdande professor i fysikalisk kemi vid Chalmers tekniska högskola, har utvecklat en helt ny skala för elektronegativitet.

"Den nya definitionen är den genomsnittliga bindningsenergin för de yttersta och svagaste bundna elektronerna - allmänt känd som valenselektronerna, " han förklarar.

"Vi härledde dessa värden genom att kombinera experimentell fotojoniseringsdata med kvantmekaniska beräkningar. I stort sett, de flesta element relaterar till varandra på samma sätt som i tidigare skalor. Men den nya definitionen har också lett till några intressanta förändringar där atomer har bytt plats i ordningen för elektronegativitet. Dessutom, för vissa grundämnen är detta första gången deras elektronegativitet har beräknats."

Till exempel, jämfört med tidigare skalor, syre och krom har båda flyttats i rankingen, i förhållande till de grundämnen som ligger närmast dem i det periodiska systemet. Den nya skalan omfattar 96 element, en markant ökning från tidigare versioner. Skalan går nu från det första elementet, väte, till den nittiosjätte, curium.

En motivation för forskarna att utveckla den nya skalan var att, även om det finns flera olika definitioner av begreppet, var och en kan bara täcka delar av det periodiska systemet. En ytterligare utmaning för kemister är hur man förklarar varför elektronegativitet ibland inte kan förutsäga kemisk reaktivitet eller polariteten hos kemiska bindningar.

En ytterligare fördel med den nya definitionen är hur den passar in i ett bredare ramverk som kan hjälpa till att förklara vad som händer när kemiska reaktioner inte styrs av elektronegativitet. I dessa reaktioner, vilket kan vara svårt att förstå med konventionella kemiska modeller, komplexa interaktioner mellan elektroner pågår. Det som i slutändan avgör resultatet av de flesta kemiska reaktioner är förändringen i total energi. I den nya tidningen, forskarna erbjuder en ekvation där en atoms totala energi kan beskrivas som summan av två värden. En är elektronegativitet, och den andra är den genomsnittliga elektroninteraktionen. Storleken och karaktären hos dessa värden när de förändras under en reaktion avslöjar den relativa betydelsen av elektronegativitet för att påverka den kemiska processen.

Det finns oändliga sätt att kombinera atomerna i det periodiska systemet för att skapa nya material. Elektronegativitet ger en första viktig indikator på vad som kan förväntas av dessa kombinationer.

"Omfattningen är omfattande, och jag hoppas att det i hög grad kommer att påverka forskningen inom kemi och materialvetenskap. Elektronegativitet används rutinmässigt i kemisk forskning och med vår nya skala kan ett antal komplicerade kvantmekaniska beräkningar undvikas. Den nya definitionen av elektronegativitet kan också vara användbar för att analysera elektroniska strukturer beräknade genom kvantmekanik, genom att göra sådana resultat mer begripliga, säger Martin Rahm.