Исследователи из Сколтеха, Уральского федерального университета и Института физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН представили фундаментальное теоретическое описание важных свойств химической связи в материалах, предложив способ определения атомных зарядов и выделения ионной и ковалентной составляющих в энергии химической связи. Выводы учёных служат убедительным обоснованием традиционных представлений о химической связи, основанных на понятии электроотрицательности. Однако в ходе исследования был выявлен и противоречащий химической интуиции аномальный случай в виде полупроводникового соединения — фосфида бора. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Chemical Physics.
С начала XX века учёные пытались объяснить свойства молекул и кристаллов через химическую связь — свойство атомов притягиваться друг к другу за счёт перераспределения внешних электронов. Было установлено, что существуют различные типы связей. Например, при ковалентной связи два атома делят между собой общую электронную пару, которая и удерживает их вместе. Впоследствии оказалось, что атомов может быть не два, а больше. Такая связь между множеством атомов называется металлической. Известен и обратный случай, когда у двух атомов могут быть две и более общих электронных пар. В случае ковалентной полярной связи общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома, и тогда образуются два противоположно заряженных иона, которые удерживаются вместе ионной связью.
«Рассмотрим связь, которая в материале удерживает атомы вместе. От степени ковалентности или ионности этой связи, или другими словами, от зарядов атомов, будет зависеть большинство свойств этого материала», — рассказывает соавтор исследования, руководитель Лаборатории дизайна материалов Сколтеха, заслуженный профессор Артём Р. Оганов. «Проблема в том, что за последнее столетие было предложено так много способов определения атомных зарядов, что до сих пор учёные не пришли к единому мнению о том, как это лучше делать и какие численные значения заряда считать корректными».
Существует ряд подходов, в которых атомный заряд определяют через свойства материала, которые поддаются измерению, например, количество энергии, затрачиваемой на разрыв связи. Другие подходы основаны на использовании математической операции интегрирования распределения электронной плотности по объёму атома, но и в этом случае однозначного определения пока не найдено. Существует также несколько подходов, где используются волновые функции атомов — базовые характеристики атомов в задачах квантовой механики. Здесь также существует множество способов анализа волновой функции, измерить которую непосредственно в эксперименте невозможно.
«В нашем методе, главным создателем которого является классик современной физики твёрдого тела Владимир Анисимов, используется формальное математическое описание так называемых функций Ванье, которые позволяют описать химическую связь в кристалле или молекуле на основе электронных орбиталей, максимально приближенных к атомным», — добавляет профессор Оганов. «С помощью нашего метода можно неэмпирическим путём определить атомные заряды и выделить ковалентную и ионную составляющие в энергии связи. Полученные результаты хорошо согласуются с химической интуицией. Исключением стал лишь кристалл фосфида бора, у которого атомные заряды оказались инвертированными».
Известно, что аналогичная картина инверсии наблюдается у молекулы угарного газа, состоящей из одного атома кислорода и одного атома углерода. Поскольку кислород обладает более высокой электроотрицательностью, чем углерод, логично предположить, что он будет сильнее притягивать к себе общую электронную пару: у кислорода возникнет частично отрицательный заряд, а у углерода — частично положительный. Однако в реальности происходит обратное. Похожая ситуация возникает и в случае атомов бора и фосфора, образующих кристалл фосфида бора ВР в соотношении один к одному. Несмотря на то что фосфор более электроотрицателен, чем бор, последний в итоге получает частично отрицательный заряд. Почему так происходит?
Этот феномен объясняется тем, что в обоих случаях невыгодный с энергетической точки зрения перенос электронов позволяет получить более прочную ковалентную связь, тем самым с лихвой компенсируя потери в энергии. В молекуле угарного газа из-за инверсии заряда образуется очень прочная тройная связь между кислородом и углеродом. Если бы атомы не пошли на эту «энергетическую жертву», то связь была бы только двойной. Таким же образом в фосфиде бора фосфор отдаёт один электрон бору, в результате чего у этих двух атомов оказывается по четыре валентных электрона, с помощью которых они создают ковалентные связи с соседями по кристаллической структуре. В противном случае и у бора, и у фосфора было бы всего по три связи на атом, что с энергетической точки зрения менее выгодно.
Любопытно, что инверсия заряда в фосфиде бора была предсказана ещё двадцать лет назад в так называемых динамических зарядах Борна, которые с физической точки зрения имеют совершенно иную природу.
Предложенный учёными метод универсален, а значит, он поможет лучше понять характер химической связи в самых разных химических соединениях.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 19-72-30043.
Изображение: В кристалле фосфида бора каждый атом имеет связи с четырьмя соседними атомами. В отсутствии инверсии заряда у атомов было бы только по три связи. Авторы исследования предложили принципиально новую теоретическую модель, позволяющую учесть инверсию заряда. Изображение создано нейросетью Deep Dream Generator / предоставлено пресс-службой Сколтеха
Информация и изображение предоставлены пресс-службой Сколтеха Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
Рекомендуем посетить:
Десятилетие науки и технологий
Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Российское военно-историческое общество
Русское географическое общество
Федеральный портал "Российское образование"
Электронный банк заданий для оценки функциональной грамотности
Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов
Навигатор для современных родителей "Растим детей"
Проект "Школа Минпросвещения России"
Российская общественная инициатива
Агентство национально значимых коммуникаций
Образовательный центр «Сириус»
Национальный портал в сфере Искусственного интеллекта
Уважаемые коллеги!
_____В рамках подготовки обращений в Министерство науки и высшего образования Российской Федерации принимаем предложения по внесению дополнений и изменений в федеральные программы:
_____Федеральную научно-техническую программу развития генетических технологий на 2019-2030 годы, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 22 апреля 2019 года № 479, _____Федеральную научно-техническую программу развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2020 года №287.
_____Предложения принимаются на электронную почту sci-idea@mail.ru
АКТУАЛЬНО
_____Научно-образовательный центр принимает предложения по совершенствованию деятельности в сфере образования, молодёжной политики и науки в Российкой Федерации для направления в Министерство науки и высшего образования Российской Федерации и Министерство просвещения Российской Федерации, а также для размещения на портале "Российская общественная инициатива".
_____Предложения принимаются как в виде официальных писем от юридических лиц, так и в свободной форме от физических лиц на электронную почту sci-idea@mail.ru.
Результаты
Международного конкурса научно-исследовательских работ
«CULTURE, SCIENCE AND TECHNOLOGY – 2025»
(9-11 июня 2025 г.)
Уважаемые участники конкурса, руководители!
_____Подведены итоги Международного конкурса научно-исследовательских работ «CULTURE, SCIENCE AND TECHNOLOGY – 2025» (Российская Федерация, г. Чебоксары, 9-11 июня 2025 г.) (далее – Конкурс).
_____В соответствии с тематикой поступивших на конкурс работ были образованы дополнительные направления.
_____Протокол результатов Конкурса можно скачать по ссылке – ПРОТОКОЛ результатов Международного конкурса научно-исследовательских работ «CULTURE, SCIENCE AND TECHNOLOGY – 2025» (Российская Федерация, г. Чебоксары, 9-11 июня 2025 г.).
_____Список победителей и призёров Конкурса по возрастным группам: учащиеся 1-4 классов, учащиеся 5-8 классов, учащиеся 9-11 классов приведен в приложении №1 к протоколу Конкурса.
_____Список победителей и призёров Конкурса по возрастным группам: студенты организаций среднего профессионального образования, студенты организаций высшего образования, аспиранты и дипломированные специалисты приведен в приложении №2 к протоколу Конкурса.
_____Рассылка наградных материалов будет осуществляться 11-18 июня 2025 года. Все участники конкурса получают дипломы в соответствии с итогами конкурса, всем руководителям вручаются благодарности.
_____Если наградные материалы не поступят в вышеуказанные сроки, либо поступят чужие благодарности и дипломы, либо наградные материалы будут иметь дефекты, опечатки, просим сообщить на электронную почту sci21@mail.ru или по тел. +79093013453 (контактное лицо - Леснов Алексей Владимирович) для повторного направления наградных материалов, исправления ошибок, дефектов.
_____Обращаем внимание, что в отдельных случаях электронные письма с наградными материалами могут попасть в папки Спам, Рассылки.
_____Работы, участвовавшие в настоящем Конкурсе, могут направляться без ограничений на последующие конкурсы, проводимые научно-образовательным центром.
_____Отзывы и замечания по вопросам организации конкурса, оформления наградных материалов можно направить на электронный адрес научно-образовательного центра sci-idea@mail.ru.
_____Желаем участникам и руководителям дальнейших успехов, новых интересных идей, новых добрых начинаний!
РОСМОЛОДЁЖЬ
____Росмолодёжь приглашает к участию в форумах на платформе Росмолодёжь. Форумы
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
_____V Международная научная конференция «Русская и белорусская литературы рубежа XX–XXI веков»
_____Место проведения конференции: Белорусский государственный университет, филологический факультет.
_____Дата проведения конференции: 9‒10 октября 2025 года.
_____Рабочие языки конференции: белорусский, русский.
_____Срок подачи заявок: до 15 июня 2025 года. Заявки направляются на электронную почту ruslit@bsu.by
ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИ
_____Регистрация участников (со 2 апреля 2025 года) и представление текстов докладов - до 10 сентября 2025 г.
ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.М. МАШЕРОВА
_____Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых
_____Дата проведения: октябрь 2025 г.
_____III Международная научно-практическая конференция
_____«Охрана и популяризация культурного наследия: мировой и отечественный опыт»
_____Дата проведения: октябрь 2025 г.
ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ФРАНЦИСКА СКОРИНЫ
_____III (ХVI) Международная научно-практическая конференция
_____Дата проведения: 9-10 октября 2025 г.
_____Регистрация: до 29 августа 2025 г.
_____Минпросвещения России обновило федеральный перечень учебников.
_____Приказы Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки
Целевое обучение в организациях высшего образования
Молодые ученые (достижения и поддержка)
_____Рособрнадзор:
_____Федеральный институт педагогических измерений:
_____Единый государственный экзамен (ЕГЭ)
_____Основной государственный экзамен (ОГЭ)
_____Государственный выпускной экзамен (ГВЭ-9)
_____Обучающие мероприятия для родителей
_____Федеральный проект
_____Единая информационная система проведения конкурсов на замещение должностей научных работников
_____Портал госслужбы (вакансии и кадровый резерв в федеральных и региональных органах власти)
_____Предлагаем принять участие в обсуждении проектов нормативных правовых актов, в том числе проектов, касающихся сферы образования и науки на Федеральном портале проектов нормативных правовых актов
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН от 29 декабря 2012 года № 273-ФЗ
"Об образовании в Российской Федерации"
Комментарий к Федеральному закону "Об образовании в Российской Федерации"
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН от 23 августа 1996 года № 127-ФЗ
"О науке и государственной научно-технической политике"
УКАЗ ПРЕЗИДЕНТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 28 февраля 2024 года № 145
"О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации"
ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 29 марта 2019 года № 377
ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 26 декабря 2017 года № 1642
"Об утверждении государственной программы Российской Федерации "Развитие образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 12 сентября 2013 года № 1060 (признается утратившим силу с 1 сентября 2026 года)
"Об утверждении перечней специальностей и направлений подготовки высшего образования, применяемых при реализации образовательных программ высшего образования, содержащих сведения, составляющие государственную тайну или служебную информацию ограниченного распространения"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 24 февраля 2021 года № 118
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 1 февраля 2022 года № 89 (вступает в силу с 1 сентября 2026 года)
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 29 октября 2013 года № 1199
"Об утверждении перечней профессий и специальностей среднего профессионального образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 17 мая 2022 года № 336
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 370
"Об утверждении федеральной образовательной программы основного общего образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 372
"Об утверждении федеральной образовательной программы начального общего образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 371
"Об утверждении федеральной образовательной программы среднего общего образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 4 апреля 2025 года № 269
ОТЧЕТЫ. ДОКЛАДЫ. СТАТИСТИКА
Отчёты о деятельности Министерства просвещения Российской Федерации
Публичная декларация целей и задач Министерства просвещения Российской Федерации
План деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и отчёты о его исполнении
Планы и отчёты Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки
Статистические издания Федеральной службы государственной статистики
Статистические сборники Высшей школы экономики
иммунолога, патолога,
Прянишникова Дмитрия Николаевича,
российского агрохимика и физиолога растений, разработавшего
научную основу применения минеральных удобрений
Всемирный день родителей
1 июня
Всемирный день окружающей среды
5 июня
Международный день тропиков
29 июня
Международный день астероида
30 июня
Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта,
итальянского учёного, исследователя в области электрических явлений,
изобретателя первого источника постоянного тока
Виноградова Виктора Владимировича,
внёсшего вклад в русскую лексикологию и лексикографию, разработавшего теорию
выделившего типы лексических значений слова
