復旦大學化學系教授周鳴飛課題組發現，主族的堿土金屬元素鈣、鍶和鋇可形成穩定的八羰基化合物分子，滿足18電子規則，表現出了典型的過渡金屬成鍵特性。該發現表明堿土金屬元素或具有與一般認知相比更為豐富的化學性質，而主族元素與過渡金屬元素之間的界限亦較元素周期表的簡晰劃分更為模糊。該成果近日在線發表于《科學》。
元素周期表的元素按照其價軌道的不同分為主族元素s和p區，過渡金屬d區以及鑭系和錒系金屬f區。主族元素包含ns和np價電子軌道，形成的穩定化合物分子往往滿足8電子規則；對于過渡金屬元素，除了ns和np價電子軌道以外，還包含5個（n-1）d軌道，因此穩定的過渡金屬化合物通常滿足18電子規則。
堿土金屬是周期表中的第二主族元素，具有ns2電子構型，在化學反應中易失去兩個價電子，生成+2價的離子型化合物。周鳴飛課題組在低溫氖環境中制備了堿土金屬鈣、鍶和鋇的八羰基化合物分子M（CO）8（M=Ca，Sr，Ba）。光譜實驗確定了其具有立方體結構。按照經典的電子計數規則，中心金屬滿足18電子規則。除了中性化合物以外，研究組利用氣相選質量紅外光解離光譜實驗確認了相應的17電子八羰基化合物正離子的存在。
據悉，南京工業大學趙莉莉和德國馬德堡大學Gernot Frenking課題組的理論計算進一步證實了這些堿土金屬八羰基化合物具有立方體對稱性以及三重電子基態。
“這項研究表明鈣、鍶和鋇在一定程度上具有過渡金屬元素的化學性質。”周鳴飛表示，這一模糊了主族元素與過渡金屬元素界限的新認知，將有助于更好地理解堿土金屬化合物的相關物理化學性質。
相關論文信息：DOI: 10.1126/science.aau0839
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