这项研究描绘了元素的电负性和电子构型在压力下是如何变化的。这些发现为材料研究人员提供了一套全新的工具。首先，这意味着现在可以快速预测某些元素在不同压力下的表现，而不需要实验测试或计算昂贵的量子力学计算。

“目前，寻找那些在高压下出现的有趣化合物需要大量的时间和资源投入，包括计算和实验。因此，在所有可能的化合物中，只有很小一部分被研究过。“我们所展示的工作可以作为一个指南，帮助解释当材料处于高压下时，要寻找什么以及哪些化合物，”领导这项研究的查尔默斯大学化学助理教授马丁·拉姆(Martin Rahm)说。

在高压下，原子的性质会发生根本的变化。这项新的研究表明，随着压力的增加，原子的电子构型和电负性是如何变化的。电子排布是元素周期表结构的基础。它决定了系统中不同的元素属于哪一组。电负性也是化学的一个中心概念，可以看作是元素周期表的第三维度。它表示不同原子吸引电子的强度。总之，电子构型和电负性对于理解原子如何相互反应形成不同的物质是很重要的。在高压下，通常不结合的原子可以产生新的、以前从未见过的具有独特性质的化合物。这些材料可以激励研究人员在更正常的条件下尝试其他方法来制造它们，并为我们提供关于我们的世界如何运作的新见解。

“在高压下，可以产生具有不同寻常性质的极其迷人的化学结构，并且可以发生在正常条件下不可能发生的反应。作为化学家，我们所知道的元素在环境条件下的性质已经不再适用了。你可以把你学过的很多化学知识扔到窗外去!在压力的维度上，有令人难以置信的数量的新原子组合需要研究。”

关于高压下会发生什么，一个众所周知的例子是石墨如何形成钻石。另一个例子是氮气的聚合，其中氮原子被迫结合在一起形成三维网络。这两种高压材料截然不同。碳保持了它的金刚石结构，而聚合氮不稳定，当压力被释放时就会恢复到气体形态。如果氮的聚合物结构能在常压下保持，它无疑将是地球上能量密度最高的化合物。

目前，几个研究小组利用高压制造超导体——一种可以无电阻导电的材料。其中一些高压超导体的工作温度接近室温。如果这种材料可以在常压下工作，那将是革命性的，例如，可以实现无损的电力传输和更便宜的磁悬浮。

“首先，我们的研究为提出新的实验提供了令人兴奋的可能性，可以提高我们对元素的理解。即使许多由这样的实验产生的材料在常压下被证明是不稳定的，它们也可以让我们了解哪些特性和现象是可能的。接下来的步骤将是寻找其他方法来达到同样的结果。”

请阅读《美国化学学会杂志》上的文章《挤压元素周期表中的所有元素:压缩下原子的电子构型和电负性》。

高压研究:

该研究从理论上预测了元素周期表中118种元素中93种元素的性质如何随着压力从0帕斯卡增加到300千兆帕斯卡(GPa)而变化。1 GPa大约是地球表面压力的1万倍。360 GPa相当于地核附近的极高压力。在不同的实验室中都有重现这种压力的技术，例如，使用金刚石砧细胞或冲击实验。

“从更大的角度来看，我们在地球表面所习惯的压力实际上是相当罕见的。除了促进地球上的高压材料合成外，我们的工作还可以更好地了解其他行星和卫星上发生的过程。例如，在太阳系中最大的海洋，木星的卫星木卫三表面下许多英里处。或者在巨大的行星内部，那里的压力是巨大的，”马丁·拉姆说。

这项工作是通过一个数学模型来完成的，在这个模型中，每个原子被放置在一个球形腔的中间。通过逐渐减小球体的体积来模拟压力增加的影响。原子在不同压缩阶段的物理性质可以用量子力学计算出来。