東工大、分子にも周期律があることを発見、「分子の周期表」を作成

●　研究者は、異なるタイプの対称性を持つ分子の周期表を開発するための新しい方法論を提案

●　この新しいアプローチは、多くの量子力学的計算とさまざまな既存の分子によって強力にサポートされている

1869年、ロシアの化学者は、当時特定された元素の周期的傾向を説明するために、最初に認識可能な周期表を開発しました。そのアイデアは、原子番号、電子配置、および化学的性質によって要素を配置することでした。

この表は、化学的属性を説明する新しい元素と理論モデルの発見により、徐々に拡張、改善されてきました。今日では、化学反応を調べるための有用なフレームワークとして広く使用されています。

分子についても同様の表があるのか？

一部の科学者はすでにこれについて考えており、特定の分子の存在を予測するための特定の原則を提案しています。ただし、これらの原理には独自の制限があり、準球対称性をもつ原子群にのみ適用できます。

しかし、多くの原子群は他のタイプの対称性と形状を持っているため、そのような原子のクラスターに対してより良いモデルを構築することが可能です。そこで、東京工業大学の研究者らは、さまざまなタイプの対称性を持つ分子の周期表を開発するための新しい方法論を提案しました。

分子の新しい周期表の属性

新しい周期表を開発するアプローチは、原子の価電子がどのように作用するかに基づいており、分子クラスターの形成に重要な役割を果たします。

価電子は、原子の最外殻にある電子です。これらの電子は化学結合の形成に関与する最初の電子であるため、他の原子と結合できるかどうか、結合できる場合はその速度と数など、原子の化学的性質を決定します。

2つ以上の原子が対称的な形状のクラスターを作成する場合、それらの価電子は通常、超原子軌道として知られる特定の分子軌道を占有します。この場合、これらの電子はまるで大きな原子の電子であるかのように作用します。

研究チームは、クラスターの対称形状を分析し、「対称適合軌道モデル」を考案しました。これらのモデルは、クラスターのすべての形状がほぼ球形であると仮定するのではなく、構造の対称性が低いことによる電子軌道のレベル分割を考慮に入れています。

簡単に言えば、提案されたモデルは、正二十面体、正八面体、正四面体型など、異なるタイプの対称性の特定の規則に従う軌道パターンを説明しています。また、この新しいモデルは、多くの量子力学的計算とさまざまな既存の分子によって強力にサポートされています。

研究者たちは、各タイプの対称性に基づいた周期表を提案しました。表は4次元で、分子は4つの要素に従って順序付けられます。

群（group）（価電子に基づく）

周期（period）（価電子に基づく）

種（species）（化学反応に関与する元素に基づく）

族（family）（原子数に基づく）

新しいモデルは、材料設計の点で非常に有望であるように思われます。提案された周期表は、未知の安定したクラスターの体系的な探査に実用的です。構成原子の無数の組み合わせの中で、それは化学者が光学的、磁気的、触媒的機能をもつクラスターに基づいて革新的な材料を形成するのに役立ちます。