1869年元素周期表的发现是近现代化学理论诞生的标志，简直全国际一切的化学教科书后都附有元素周期表。近年来，研讨人员发现，压力会导致元素性质和电子行为产生显着改动，然后会诱发丰厚的物理化学现象。这是了解十分规资料组成和行星内部物质循环等科学问题的重要办法。南开大学物理科学学院董校副教授课题组和俄罗斯斯科尔泰克研讨院阿泰姆·R.奥加诺夫（Artem R.Oganov）教授课题组及其他合作者花费近十年时刻研讨有关问题，探究元素化学性质在压力下的改动规则，相关研讨成果近期宣布于《美国科学院院刊》。

  元素周期表深刻地反映了量子力学基本规则与化学原理间的联系。由于元素周期表在科学史上杰出的奉献，2019年即门捷列夫发现元素周期表150周年被确定为国际化学元素周期表年，《天然》《科学》等国际闻名学术期刊均撰文留念元素周期表的发现。

  近年来，多个痕迹阐明元素周期律在高压环境中会产生必定改动，而这将成为探究高压物理和化学规则的突破口。虽然研讨人员得到了很多别致的高压物理和化学个例，但现在尚缺少完好且有用的理论模型来解说这些现象。

  1934年美国化学家罗伯特·密立根创建了一个数学模型来描绘元素的化学性质，其间存在两个重要的参数：电负性和化学硬度，这两项参数别离对应化学势关于电荷数的第一阶和第二阶打开系数。“前者描绘原子招引电子的才能，后者描绘电子状况的安稳性。电负性和化学硬度体现出显着的元素周期律，被视为元素周期律的首要体现形式。”董校介绍。

  数十年来，人们一向以为电负性和化学硬度是元素的固有性质，不随外界条件的改动而改动。董校及科研团队在前人作业的基础上，使用第一性原理核算结合组内开发的“带电氦矩阵”办法，提醒了氢到锔之前96种元素在500吉帕以内的电负性和化学硬度随压力改动的趋势。

  “与前人了解的不同，压力会改动元素化学势和电荷间的函数联系，然后改动元素的化学性质。”董校解说，跟着压力添加，各元素间的电负性和化学硬度排序会呈现显着改动，然后导致各元素间化学性质的重新排列，如在常压下，还原性最强的元素为铯，但会因压力导致的轨迹重组变成钠。

  据介绍，元素性质的改动具体体现在三方面：一是压力会遍及下降各个元素的化学硬度，因而导致高压下整个元素周期表向金属性偏移，使得更多的元素体现金属特性，如金属化现象、聚合现象等。而常压下的典型非金属如碳、氮、氧等会呈现性质移动，如氮在高压下替代了碳，变为最简单构成杂乱化合物的元素。在100吉帕至200吉帕，氮的电负性和化学硬度和常压碳十分类似，能构成很多的环状、链状和空间骨架的杂乱结构，基于此有望构建起高压诱导的“氮基有机”化学。

  二是100吉帕以上，压力能够含糊长周期间的边界，如铯不再体现为碱金属性质，并体现出必定的p区元素特性。

  三是电子轨迹产生重排，d电子在高压下能量下降，然后改动了原有的轨迹交织规则。具体体现为p或d轨迹能量下降，电子更倾向于占有p或d轨迹，然后进一步引起其性质改动。

  董校介绍，跟着压强添加，重的碱金属和碱土金属元素不再是电正性最强的元素，而呈现过渡金属的性质；镍族体现出类似于稀有气体的安稳结构；接近镍的铁、钴族和铜、锌族元素在高压下别离成为强的电子受体与供体。因而一个长的元素周期中，呈现了两个小周期，此现象被界说为压力诱导的小周期重排。

  董校最终表明：“这些核算结果能解说很多已宣布的理论猜测和试验现象，并猜测高压下的化合物构成规则，这为规划高压下新式化合物构筑了理论基础。”