Ученые давно пытались создать систему предсказания свойств веществ по их химическому составу. Одна из них — концепция химического пространства — помещает вещества в систему координат, где по осям в определенном порядке расположены химические элементы. Точки в этом пространстве — это соединения. Расположенные рядом соединения имеют похожие свойства. Так, например, сверхтвердые вещества занимают одну область, а сверхмягкие — другую.

Впервые такой способ предложил в 1984 году британский физик Дэвид Петтифор, приписавший каждому элементу некие «менделеевские числа», физический смысл которых на тот момент был неясен. Однако, понимая числовую закономерность размещения соединений в химическом пространстве, можно было бы создать алгоритм поиска наилучшего материала из всех возможных соединений элементов.

Химики из Сколковского института науки и технологий Артем Оганов и Захед Аллахьяри придумали свой универсальный подход для «картирования» химического пространства, который позволил раскрыть физический смысл загадочных менделеевских чисел. Исследования поддержал своим грантом Российский научный фонд (РНФ).

«Я лет 15 думал над тем, что же такое эти менделеевские числа, — приводятся в пресс-релизе Сколтеха слова руководителя проекта по гранту РНФ Артема Оганова, профессора Сколтеха и МИСиС, действительного члена Европейской академии, Королевского химического общества и Американского физического общества. — В конце концов я понял, что в их основе наверняка лежат фундаментальные характеристики атомов: радиус, электроотрицательность, поляризуемость и валентность. Валентность у многих элементов непостоянна, а поляризуемость очень сильно коррелирует с электроотрицательностью. Поэтому остаются две характеристики: атомный радиус и электроотрицательность. Эти два свойства можно свести к одному простым математическим преобразованием — и мы получаем менделеевские числа. Стало ясно: эти величины есть не что иное, как наилучшее описание всех свойств атома одним числом».

Исследователи создали карту химического пространства, расположив все элементы в соответствии с их менделеевскими числами как по оси абсцисс, так и по оси ординат, а каждой точке в пространстве присвоили значение определенной физической характеристики, например магнитной или механической. В итоге получили карты, на которых хорошо выделяются области, где расположены наиболее перспективные по определенным свойствам соединения — сверхтвердые, магнетики и прочие.

Авторы считают, что их «умная» карта обладает самой большой предсказательной силой среди известных на сегодня систем такого типа.