原子价壳层电子量子拓扑指数与元素电负性的关系

在基态原子价壳层电子隐核图的基础上, 基于拓扑化学原理以及原子价壳层电子结构特征, 构建了原子价壳层电子量子拓扑指数(AEI), 它对基态原子实现唯一性表征, 结合原子价壳层电子平均化能(∑n_iE_i/∑n_i)等参数, 建立了一套新的元素电负性标度: X_N＝－0.588710AEI₁＋0.761214AEI₂＋0.154982(∑n_iE_i/∑n_i)－0.080929. 该式给出了周期表中氢至镅共95种元素的电负性, 结果表明新电负性标度X_N与Pauling电负性标度颇为一致. 进一步从原子价轨道量子拓扑指数确定了sp, sp², sp³杂化轨道的电负性. 新标度在元素和物质的结构-性质研究中具有一定的适用性.     

一种价态元素电负性的新标度

本文利用原子的价层轨道能、共价半径和有效主量子数为主要参数，以静电力为基础计算了价态元素电负性，本文计算了78种元素常见价态的电负性，由此，产生了一套价态元素电负性的新标度，其计算公式为：X_y=0.070n^*(-∑E_i)^1/2/r_c²+0.820式中E_i为原子的价层轨道能，r_c为原子的共价半径，n^*为有效主量子数。该标度不但容易理解和计算,而且标度值比已有的文献值更接近传统的鲍林电负性值。此外，该标度值的相对大小还能反映配合物的稳定性，过渡金属收缩和镧系元素收缩等性质。     

基态原子价壳层电子能级连接性指数与元素的电负性

构建了基态原子价壳层电子能级连接性指数(^mVEI),m=0,1,2,…，它对基态原子实现唯一性表征，其中^0VEI,^1VEI对原子具有良好的结构选择性，以^0VEL,^1VEL，价壳层电子总离子化能(ΣniEi)和总从电子数(Σni)为基本参数，定义了元素的电负性：X~N=0.444067+1.190653(1-1.32775/Σni)(^0VEI)-3.154675(^1VEI)+0.134591.(ΣniEi/Σni)。用上式给出了周期表中主族元素、副族元素及惰性元素的电负性。结果表明，新电负性标度X~N与目前流行的Pauling标度颇为一致。进一步从价轨道能级连接性指数确定了碳原子的sp,sp^2,sp^3杂化轨道的电负性。     

电负性研究I．建立元素电负性标度的有效核电荷数方法

通过价层电离能、价键轨道能量用有效核电荷数法建立了周期表中90种元素的电负性新标度。X＝0。4123√－EV,该式表明电负性值与价键轨道能量的绝对值的平方根成正比,所得数值是一套无量纲的相对参数。元素电负性值随价态的升高与元素非金属性的增强相对应,元素电负性的大小不仅与单个成键电子腾,而且也与参加价键作用的多个电子甚至整个价层都有紧密的联系。氢的元素电负性值不同于Pauling值、等于1．52。用16种氢化物中键的额外离子能△′对（XA－XB）^2作图,两者之间确实具有良好的线性关系。本方法充分体现了目前公认的三大电负性标度的优点,该标度同时也是价层电子在价键状态下的一种能量标度,是对元素周期律的定量描述和反映。     

电负性研究Ⅰ.建立元素电负性标度的有效核电荷数方法

通过价层电离能、价键轨道能量用有效核电荷数法建立了周期表中 90种元素的电负性新标度。χ=0 .41 2 3 -EV,该式表明电负性值与价键轨道能量的绝对值的平方根成正比 ,所得数值是一套无量纲的相对参数。元素电负性值随价态的升高与元素非金属性的增强相对应 ,元素电负性的大小不仅与单个成键电子有关 ,而且也与参加价键作用的多个电子甚至整个价层都有紧密的联系。氢的元素电负性值不同于Pauling值、等于 1 .52。用 1 6种氢化物中键的额外离子能Δ′对 (χA-χB) 2 作图 ,两者之间确实具有良好的线性关系。本方法充分体现了目前公认的三大电负性标度的优点 ,该标度同时也是价层电子在价键状态下的一种能量标度 ,是对元素周期律的定量描述和反映。     

一种电负性新标度：基态自由原子价壳层电子平均吸引能

原子吸引价电子的总能力可由基态自由原子的价电子离子化能(TIE=Σn_iE_i)及其电子亲合能(EA)之和来度量。该和值亦称为总吸引能,记为TAE=Σn_iE_i+EA,此处E_i为基态自由原子价壳层电子的离子化能,Σn_i为与之相关的价壳层电子数,EA则是电子亲合能。所指出的新电负性标度χ_CL与总吸引能TAE除以原子价壳层电子数目Σn_i之值即平均吸引能成正比：χ_CL=0.1813 AAE=0.1813 TAE/Σn_i=0.1813(Σn_iE_i+EA)/Σn_i,进一步从原子总吸引能TAE可确定其价轨道电负性。     

离子半径的质量和电量综合因子的标度

根据作者曾建立的万有引力势与电势的关系式和系统的对比质电比(单位电量的质量)Sr的物理意义, 研究了离子半径r与Sr的关系: 对于相同电子构型的阳离子, 离子半径与lgSr呈线性关系; 对于相同电子构型的阴离子, 离子半径与Sr的关系满足Michealis-Menten 数学模型. 采用回归分析方法, 拟合出周期表中94种元素108种阳离子的半径和16种阴离子的半径. 从相关系数R和回归方程的显著性检验(F)都说明r与Sr密切相关, 其中102种阳离子半径数据与具有代表性的离子半径参考值相比平均绝对误差仅0.9 pm, 相对误差1.1%. 同时给出一条获取离子半径(包括复杂离子)数据的新途径.     

原子电负性和极化度对卤代甲烷C 1s电子电离能的影响

以原子的电负性χP和极化度α为基本参数, 估算卤代甲烷CHnY4−n−mZm(Y, Z=F, Cl, Br, I) C 1s电子电离能的电荷效应和松弛效应. 电荷效应由C—H和C—Y(Z)键两端原子的电负性差来度量, 松弛效应由碳原子带的电荷乘上氢和卤素原子极化度来衡量, 进而用电荷效应和松弛效应一起表达卤代甲烷中C 1s电子电离能的静电-松弛屏蔽效应ΔSi. 将ΔSi代入类-Slater模型, 得到卤代甲烷中C 1s电子电离能E1,C的估算方程, 该方程的相关系数r=0.99987, 对27个卤代甲烷的计算值与实验值之间的平均绝对误差仅为0.038 eV, 小于实验误差0.1 eV. 同时, 用留一法(leave-one-out)进行交叉验证(相关系数rcv=0.99977, 预测值与实验值之间的绝对平均误差只有0.049 eV), 结果表明所得方程具有良好的预测能力和稳定性.     

离子质电比和相差异因子对离子半径的的综合标度

依据已建立的离子质电比和相差异因子对离子半径的标度方法,系统性地研究了非稳定构型阳离子的相差异因子,采用回归分析法,改进了非稳定构型阳离子半径的计算公式。将稳定构型阳离子半径公式推广到等电子阳离子半径系统,计算了ⅡA(B)-ⅦA族52种离子半径数据;用改进的非稳定构型阳离子半径公式计算了四到七周期过渡元素(包括镧系和錒系),+1到+8各价态阳离子半径373个,其中预测了较为合理的271种阳离子半径数据。与前文中稳定构型阳离子半径合在一起,共108种元素508种离子半径,这些数据随周期数、族数以及价态等变化十分规律,是一套较好的、较为完整的单原子离子半径数据。     

离子质电比和相差异因子对离子半径的综合标度

根据万有引力势与电势的关系式和系统的质电比(单位电量的质量)Sr的物理意义, 研究了离子半径r与离子的Sr和相差异因子的关系. 对于阳离子, r与lgSr和相差异因子呈线性关系; 对于稳定构型阴离子, r与Sr和相差异因子也存在定量关系. 采用回归分析方法, 给出稳定构型和非稳定构型阳离子半径计算公式, 以及稳定构型阴离子半径计算公式. 从相关系数R和回归方程的显著性检验(F)都可说明r与Sr和相差异因子密切相关, 其中拟合的96种元素的138种阳离子半径数据与具有代表性参考值相比, 平均绝对误差为2.0 pm, 相对误差为2.5%. 并预测出较为合理的稀有气体等30种离子半径数据. 同时给出一条获取离子半径(包括复杂离子)数据的新途径.     

用电子定域函数研究主族原子的壳层结构

采用电子定域函数(ELF)方法对第一到第四周期主族元素的壳层结构进行了研究。计算得到了各壳层半径及壳层内的电荷数,探讨了原子序数与壳层半径间的关系。结果有助于学生更好地理解原子的壳层结构。