Researchers from Skoltech, Ural Federal University and the M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences presented a fundamental theoretical description of the important properties of chemical bonding in materials, suggesting a way to determine atomic charges and isolate ionic and covalent components in the energy of chemical bonding. The scientists' conclusions serve as a convincing justification for the traditional concepts of chemical bonding based on the concept of electronegativity. However, in the course of the study, an anomalous case in the form of a semiconductor compound, boron phosphide, was also revealed that contradicts chemical intuition. The results of the study are published in The Journal of Chemical Physics. Since the beginning of the 20th century, scientists have been trying to explain the properties of molecules and crystals through chemical bonding — the property of atoms to attract each other due to the redistribution of external electrons. It has been found that there are different types of connections. For example, in a covalent bond, two atoms share a common electron pair, which holds them together. Subsequently, it turned out that there could be more than two atoms. Such a bond between many atoms is called metallic. The opposite case is also known, when two atoms can have two or more common electron pairs. In the case of a covalent polar bond, the total electron pair shifts towards a more electronegative atom, and then two oppositely charged ions are formed, which are held together by an ionic bond. "Consider the bond that holds atoms together in a material. Most of the properties of this material will depend on the degree of covalence or ionization of this bond, or in other words, on the charges of atoms," says co—author of the study, head of the Skoltech Materials Design Laboratory, Honored Professor Artyom R. Oganov. "The problem is that over the last century, so many ways to determine atomic charges have been proposed that scientists have not yet come to a consensus on how best to do this and which numerical values of the charge are considered correct." There are a number of approaches in which the atomic charge is determined through the properties of a material that can be measured, for example, the amount of energy spent on breaking a bond. Other approaches are based on the use of the mathematical operation of integrating the distribution of electron density over the volume of an atom, but even in this case, an unambiguous definition has not yet been found. There are also several approaches that use the wave functions of atoms — the basic characteristics of atoms in problems of quantum mechanics. There are also many ways to analyze the wave function, which cannot be measured directly in an experiment. "Our method, the main creator of which is the classic of modern solid state physics Vladimir Anisimov, uses a formal mathematical description of the so—called Vanier functions, which allow us to describe the chemical bond in a crystal or molecule based on electronic orbitals as close as possible to atomic ones," adds Professor Oganov. "Using our method, it is possible to determine atomic charges in a non-empirical way and isolate covalent and ionic components in the binding energy. The results obtained are in good agreement with chemical intuition. The only exception was the crystal of boron phosphide, whose atomic charges turned out to be inverted." It is known that a similar inversion pattern is observed in a carbon monoxide molecule consisting of one oxygen atom and one carbon atom. Since oxygen has a higher electronegativity than carbon, it is logical to assume that it will attract a common electron pair more strongly: oxygen will have a partially negative charge, and carbon will have a partially positive charge. However, in reality, the opposite is happening. A similar situation arises in the case of boron and phosphorus atoms forming a crystal of boron phosphide BP in a one-to-one ratio. Despite the fact that phosphorus is more electronegative than boron, the latter eventually receives a partially negative charge. Why is this happening? This phenomenon is explained by the fact that in both cases, the transfer of electrons, which is unfavorable from an energy point of view, makes it possible to obtain a stronger covalent bond, thereby more than compensating for energy losses. Due to the charge inversion, a very strong triple bond between oxygen and carbon is formed in the carbon monoxide molecule. If the atoms had not made this "energy sacrifice", then the bond would have been only double. In the same way, in boron phosphide, phosphorus gives one electron to boron, as a result of which these two atoms have four valence electrons, with which they create covalent bonds with their neighbors in the crystal structure. Otherwise, both boron and phosphorus would have only three bonds per atom, which is less advantageous from an energy point of view. Curiously, the charge inversion in boron phosphide was predicted twenty years ago in the so-called dynamic Born charges, which from a physical point of view have a completely different nature. The method proposed by scientists is universal, which means that it will help to better understand the nature of the chemical bond in a wide variety of chemical compounds. The research was supported by a grant from the Russian Science Foundation No. 19-72-30043. Image: In a crystal of boron phosphide, each atom has bonds with four neighboring atoms. In the absence of charge inversion, atoms would have only three bonds each. The authors of the study proposed a fundamentally new theoretical model that allows taking into account charge inversion. The image was created by the Deep Dream Generator neural network / provided by the Skoltech press service Information and image provided by the Skoltech press service Information taken from the portal "Scientific Russia" (https://scientificrussia.ru /)
Рекомендуем посетить:
Десятилетие науки и технологий
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"
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
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Экономический факультет приглашает принять участие в VII Международной научно-практической конференции «ТЕНДЕНЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ В XXI ВЕКЕ».
Срок проведения – 28 февраля 2025 г.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЛОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра романского языкознания приглашает ученых, преподавателей вузов, учителей, докторантов, аспирантов, магистрантов принять участие в работе Международной научной конференции «Романия: языковое и культурное наследие-2025», посвященной 85-летнему юбилею филологического факультета БГУ 20-21 мая 2025 г.
Русское географическое общество объявляет о старте всероссийского туристско-краеведческого конкурса «Лучший наставник по путешествиям». Его цель — выявить и поощрить лучшие практики туристско-краеведческой деятельности педагогических работников образовательных организаций, способствовать развитию и популяризации внутреннего туризма, природных маршрутов и туристических объектов России.
Конкурс реализуется среди педагогических работников образовательных организаций, участвующих в организации и реализации туристско-краеведческой деятельности в детской и молодежной среде.
Регистрация на сайте конкурса, фотоотчет участников о проведенном туристском мероприятии в 2023/2024 учебном году. Сроки: декабрь 2024 года – январь 2025 года.
Подробности конкурса и форма для заявки на участие — на специальном сайте «Лучший наставник по путешествиям».
Минпросвещения России обновило федеральный перечень учебников.
Целевое обучение в организациях высшего образования
Молодые ученые (достижения и поддержка)
Федеральный институт педагогических измерений:
видеоконсультации разработчиков КИМ ЕГЭ
Обучающие мероприятия для родителей
Единая информационная система проведения конкурсов на замещение должностей научных работников
Портал госслужбы (вакансии и кадровый резерв в федеральных и региональных органах власти)
Обсуждение 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"
ОТЧЕТЫ. ДОКЛАДЫ. СТАТИСТИКА
Российский статистический ежегодник. 2023
Статистические сборники Высшей школы экономики
Наука. Технологии. Инновации. 2024
Индикаторы инновационной деятельности. 2024