Исследование: электроны внутренних оболочек могут участвовать в химических связях без экстремального давления

Учёные из Университета Буффало обнаружили, что электроны внутренних оболочек атомов могут участвовать в химических связях без экстремального давления, что опровергает устоявшиеся представления химии.

Согласно школьному курсу химии, в образовании химических связей участвуют только валентные электроны внешних оболочек, в то время как электроны внутренних оболочек считаются слишком близкими к ядру для взаимодействия с другими атомами.

Исследование Университета Буффало проливает свет на роль электронов внутренних оболочек в переходе B1-B2, когда кристаллическая структура соединения перестраивается из структуры хлорида натрия (на фото) в структуру хлорида цезия. Автор: University at Buffalo

Квантово-химические расчёты, опубликованные в Journal of the American Chemical Society, показали:

• Полувалентные электроны щелочных металлов могут участвовать в связях при давлении всего в несколько гигапаскалей — уровнях, характерных для глубокой коры и верхней мантии Земли
• В случае цезия они могут участвовать в связях даже при атмосферном давлении
• Эти электроны играют ключевую роль в переходе B1-B2, когда давление вызывает перестройку кристаллической структуры соединения из октаэдрической в более кубическую

Переход B1-B2 изменяет кристаллическую структуру соединения из октаэдрической формы (B1) в более кубическую (B2). На графике показаны экспериментальные давления, при которых был измерен переход B1-B2 для NaF, KF, RbF и CsF. Автор: Eva Zurek/University at Buffalo

«Эти выводы противоречат определённым химическим парадигмам, бросая вызов традиционным представлениям об электронах внутренних оболочек», — говорит Ева Зурек, соавтор исследования.

Исследователи использовали квантово-химические расчёты для изучения полувалентных электронов щелочных металлов при их соединении с фтором. Они обнаружили, что электроны внутренних оболочек участвуют в образовании связей и стабилизируют кубическую структуру B2.

Кристаллическая структура B2 имеет кубическую форму, как в хлориде цезия при атмосферном давлении. Другие соединения могут принимать эту форму при экстремальных давлениях. Автор: Eva Zurek/University at Buffalo

Открытие может изменить понимание процессов, происходящих глубоко внутри Земли и других планет, включая формирование магнитных полей и тектонику плит — факторов, влияющих на возможность поддержания жизни.

Исследование также предлагает экспериментаторам использовать рентгеноструктурный анализ для лучшего понимания роли электронов внутренних оболочек в химических связях.