Study of electronic structure and chemical properties of superheavy element compounds using up-to-date quantum-chemical methods

18.03.2021 – FLNR Scientific Seminar “Study of electronic structure and chemical properties of superheavy element compounds using up-to-date quantum-chemical methods”, 15-30, FlerovLab Conference Hall and online WebEx.

Speaker: Andrei Astakhov

The first part of this report concerns the candidate thesis. Here the new method to evaluate quantitatively the degree of electron delocalization in molecular and crystal systems based on quantum-chemical calculation results was developed. The concept of the electron delocalization space-distributed electron delocalization tensor was introduced. It’s connected with the electron system linear response to electric field which makes it quite measurable. It was shown that delocalization tensor topology could be associated with traditional chemical structures. Delocalization tensor distribution shows some special features of atom/molecule electronic structure and in particular makes it possible to interpret the formation of a chemical bond.

The example of cephalosporin antibiotics hydrolysis simulating systems demonstrated the efficiency of this method.

The second part of this report concerns this method perspectives for chemical bond analysis in superheavy element (SHE) compounds. In particular, the influence of relativistic effects on chemical binding is predicted and method of theoretical estimation of SHE compound sorption surface enthalpy is given which is very important for the interpretation of element 112-118 gas thermochromatography experiments

В первой части доклада представлен материал, подготовленный для защиты кандидатской диссертации. Разработан новый подход, позволяющий количественно оценить степень делокализации электронов в молекулярных и кристаллических системах исходя из результатов квантово-химического расчета. Введено понятие пространственно-распределенного тензора делокализации электронов, который связан с линейным откликом электронной системы на внешнее электрическое поле, что делает его принципиально доступной измерению величиной. Показано, что топология тензора делокализации может быть ассоциирована с традиционными представлениями о химической структуре. Распределение тензора делокализации ввыявляет особенности электронного строения атомов/молекул, в частности, позволяет интерпретировать процесс образования химической связи. Эффективность данного подхода продемонстрирована на примере систем, моделирующих гидролиз антибиотиков цефалоспоринового ряда.
Во второй части доклада излагаются перспективы применения указанного подхода для анализа химической связи в соединениях сверхтяжелых элементов (СТЭ). В частности, даются прогнозы влияния релятивистских эффектов на химическое связывание, а также способ теоретической оценки энтальпии сорбции соединений СТЭ на поверхности, что важно для интерпретации экспериментов по газовой термохроматографии элементов 112-118.