juillet 3, 2022

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Les champs électriques ajoutent une nouvelle dimension au débat sur la taille atomique | Chercher

Quelle est la taille d’un atome ? Selon l’ordre de l’angström, les scientifiques sont d’accord, mais mettre un nombre exact sur un élément particulier est plus difficile. Pour les ions et les molécules, plus.

Des réponses ont été fournies à partir de diverses sources empiriques, allant de la compression et de la structure cristalline à la réfraction optique et à la polarité électrique utilisées pour déterminer ce que l’on appelle le rayon de van der Waals – du nom du scientifique qui a développé la théorie de la taille moléculaire finie dans les gaz. . Les chercheurs se sont également tournés vers la mécanique quantique et le calcul, calculant les fonctions d’onde de l’électron – les nuages ​​de probabilité qui entourent les atomes – et utilisant une valeur limite raisonnable pour définir les limites atomiques.

Une équipe de l’université de l’Oregon aux États-Unis a proposé une nouvelle mesure : le champ électrique qui entoure chaque atome. LED Christophe HendonIls ont développé un logiciel pour calculer ce champ électrique, qui se produit sous l’influence nette du noyau d’un atome et des électrons, et pour déterminer sa propagation dans l’espace.

Pour les atomes neutres sans interaction, la charge des électrons équilibre le noyau, annulant le champ électrique après eux. En fait, en utilisant leur méthode de terrain, les calculs de l’équipe étaient cohérents avec les valeurs données. « Nous correspondons étroitement au rayon de Van der Waals accepté », déclare Hendon. « C’est une bonne vérification mentale. »

Les ions, selon les mots de Hendon, « prennent vraiment au modèle une tournure intéressante », comme le montre le cas de Mg2+. Selon l’échelle de densité électronique traditionnelle, ce cation est plus compact que son homologue neutre, en raison de l’absence de ses électrons externes. Cependant, l’image du champ électrique montre une augmentation de taille. En effet, la charge nucléaire n’est plus complètement masquée par les électrons, de sorte que le champ peut s’étendre plus loin dans l’espace.

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Hendon soutient que l’avantage de cette approche est qu’elle correspond à la région affectée par l’ion, qui peut être plus pertinente que la région qu’il occupe, en particulier lors de la sélection des matériaux pour les applications. Mg. résultat2+Comme il le suggère, cela peut expliquer pourquoi les batteries aux ions de magnésium ne fonctionnent pas bien. « Le magnésium adhère à tout… il ne se déplace pas aussi facilement, contrairement aux autres ions. »

Pour les anions également, le modèle tire des conclusions surprenantes, notamment lors de la comparaison des éléments. Sous le modèle de champ, un Il s’avère que l’ion est plus grand que moiet F encore plus grand. Cette inversion se produit parce que l’électron supplémentaire dans l’ion bromure est réglé sur le terrain par le plus gros noyau. « Vous adoucissez la charge négative grâce aux types les plus positifs », explique Hendon.

Santiago Álvarez, expert en architecture électronique à l’Université de Barcelone, en Espagne, met en garde contre une interprétation très littérale. « A titre de comparaison avec la situation macroscopique, pouvons-nous définir la taille d’un aimant comme la distance à laquelle son champ magnétique est coupé ? » A demandé.

Alvarez, qui a également travaillé sur la mesure de la taille atomique, souligne que le champ électrique n’est qu’un moyen par lequel les atomes proches peuvent interagir, la répulsion de Pauling, la diffusion orbitale et les interactions spin-spin étant les autres. Il a mis en évidence les complications qui peuvent survenir lorsque les atomes forment des liaisons : « Comment appliquons-nous le rayon du fer ?3+ [calculated by Hendon’s team as approximately 4.2Å]pour des espèces comme le fer O45- Anion, où les atomes d’oxygène sont à peine à 1,90 du noyau de fer ? ‘

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Hendon tient à souligner que son approche doit compléter, et non remplacer, celle qui existe déjà. Le rayon de van der Waals a été soutenu par des données expérimentales. Cela a été très précieux.