Tüm potansiyel kimyasalların yalnızca %1’i keşfedildi. Daha fazlasını nasıl bulabiliriz? Bilim uyarısı

Evren, her biri küçük bir potansiyeli temsil eden milyarlarca kimyasalla doludur. Az önce belirttik bunların yüzde 1’i.

Bilim insanları, keşfedilmemiş kimyasal bileşiklerin bunu yapabileceğine inanıyor Sera gazlarının giderilmesine yardımcı olunVeya penisilinin yaptığı gibi tıbbi bir buluşa yol açabilir.

Ama önce şunu açıklığa kavuşturalım: Kimyagerlerin meraklı olmadığı söylenemez. Rus kimyagerinden bu yana Dimitri Mendeleyev icat edilmiş Elementlerin Periyodik Tablosu 1869’da, aslında bir Lego kimya kutusu olan bilim adamları, modern dünyayı tanımlamaya yardımcı olan kimyasalları keşfettiler.

Son bir avuç elementi yaratmak için nükleer füzyona (atomları ışık hızında birbirine ateşlemek) ihtiyacımız vardı. eleman 117, Tennessee2010 yılında bu şekilde üretilmiştir.

Ancak kimyasal evrenin tüm kapsamını anlamak için şunu anlamalısınız: Kimyasal bileşikler Ayrıca. Bazıları doğal olarak oluşur, çünkü su doğal olarak hidrojen ve oksijenden oluşur. Diğerleri gibi naylonLaboratuvar deneylerinde keşfedildi ve fabrikalarda üretildi.

Elementler tek tür atomdan oluşurVe Atomlar daha küçük parçacıklardan oluşur Elektronlar ve protonlar dahil. Tüm kimyasal bileşikler iki veya daha fazla atomdan oluşur. Bulunacak keşfedilmemiş öğelerin kalmış olması mümkün olsa da, Bu pek olası değil.

Yani ne kadar? Kimyasal bileşikler Şu anda bildiğimiz 118 farklı tipteki Lego parçasını yapabilir miyiz?

border-frame = “0” izin = “ivme ölçer; otomatik oynatma; panoya yazma; şifreli ortam; jiroskop; resim içinde resim; web paylaşımı”allowfullscreen>

büyük sayılar

Her birini yaparak başlayabiliriz İki atomlu bileşikler. Bunlardan çok var: N₂ (nitrojen) ve O₂ (Oksijen) Birlikte havanın yüzde 99’unu oluştururlar.

Bir kimyagerin tek bir bileşiği yapması muhtemelen yaklaşık bir yıl alacaktır ve teorik olarak 6.903 diatomik bileşik bulunmaktadır. Yani burası, iki atomdan oluşan mümkün olan her bileşiği yapmak için bir yıl boyunca çalışan kimyagerlerden oluşan bir köy.

H gibi yaklaşık 1,6 milyon triatomik bileşik var₂O (su) ve karbondioksit₂ (karbon dioksit), Birmingham ve Edinburgh’un toplam nüfusudur. Dört ve beş atomdan oluşan bileşiklere ulaştığımızda, Dünya üzerindeki her insanın üçer bileşik yapmasına ihtiyacımız olacak. Ve yapmak Bütün bu kimyasal bileşiklerAyrıca evrendeki tüm maddeyi defalarca geri dönüştürmemiz gerekecek.

Ancak bu elbette bir basitleştirmedir. Bileşiğin yapısı ve stabilitesi gibi şeyler, onu daha karmaşık ve üretimini zorlaştırabilir.

Şimdiye kadar yaratılmış en büyük kimyasal bileşiktir 2009’da yapıldı Yaklaşık 3 milyon atom içerir. Ancak henüz ne işe yaradığından emin değiliz Benzer araçlar Vücuttaki kanser ilaçlarının doğru yerlerine ulaşana kadar korunması amacıyla kullanılır.

Ama hey, kimyanın kuralları var!

Elbette bu bileşiklerin hepsi mümkün değil mi?

Kuralların olduğu doğrudur, ancak bunlar biraz esnektir, bu da kimyasal bileşikler için daha fazla olasılık yaratır.

Tek olan bilesoy gazlar(neon, argon, ksenon ve helyum dahil) hiçbir şeye bağlanmama eğiliminde olan, Bazen bileşik oluştururlar. Argon hidrit, ArH⁺ Doğal olarak Dünya’da bulunmuyorlar ancak uzayda bulunmuşlar.

Bilim insanları, laboratuvarlarda derin uzay koşullarını taklit eden yapay versiyonlar oluşturmayı başardılar. Dolayısıyla ekstrem ortamları hesaplamalarınıza dahil ederseniz potansiyel bileşiklerin sayısı artar.

Karbon genellikle bir atom ile diğer dört atom arasında bağlanmayı sever, ancak bazen kısa süreler için Beş olası. Maksimum kapasitesi dört kişi olan bir otobüs düşünün. Otobüs durakta, insanlar biniyor, iniyor; İnsanlar hareket ettikçe, kısacası otobüste dörtten fazla kişi olabiliyor.

Bazı kimyagerler tüm kariyerlerini kimya kurallarına göre var olmaması gereken bileşikler yapmaya çalışarak geçirirler. Bazen başarılı olurlar.

Bilim adamlarının uğraşması gereken bir diğer soru da, istedikleri bileşiğin yalnızca uzayda mı yoksa aşırı ortamlarda mı var olabileceğidir; uzayda bulunan aşırı ısı ve basıncı düşünün. Hidrotermal menfezlerGayzerlere benzerler ama okyanusun dibindedirler.

Bilim insanları yeni bileşikleri nasıl araştırıyor?

Cevap genellikle halihazırda bilinen bileşiklerle ilgili bileşikleri aramaktır.

Bunu yapmanın iki ana yolu vardır. Birincisi, bilinen bir bileşiği alıp bazı atomları ekleyerek, silerek veya değiştirerek onu biraz değiştirmektir. Bir diğeri ise bilinen bir kimyasal reaksiyonu alıp yeni başlangıç ​​malzemeleri kullanmaktır. Bu, yaratma yöntemi aynı olduğunda ancak ürünler tamamen farklı olduğunda meydana gelir. Her iki yöntem de bilinen bilinmeyeni aramanın yollarıdır.

Lego’ya geri dönecek olursak, bu bir ev inşa etmek ve sonra biraz farklı bir ev inşa etmek ya da yeni tuğlalar alıp ikinci katını eklemek gibi bir şey. Çok sayıda kimyager mesleki yaşamlarını geçirmek Bu kimyasal evlerden birini keşfedin.

Peki gerçekten yeni kimyayı, yani bilinmeyeni nasıl arayabiliriz?

Kimyacıların yeni bileşikleri öğrenmesinin bir yolu doğal dünyaya bakmaktır. Penisilin 1928’de Alexander Fleming’in petri kaplarında küf fark etmesiyle bu şekilde bulundu. Bakterilerin büyümesini önleyin.

On yıldan fazla bir süre sonra, 1939’da, Howard Florey Küf kullanarak penisilini faydalı miktarlarda nasıl yetiştirebileceklerini buldular. Ancak 1945’e kadar çok daha uzun sürdü Dorothy Crowfoot Hodgkin Penisilinin kimyasal yapısını tanımlar.

Bu önemlidir, çünkü penisilinin yapısının bir kısmı kare şeklinde düzenlenmiş atomlar içerir; bu, çok az kimyagerin tahmin edebileceği ve yapılması zor olan alışılmadık bir kimyasal düzenlemedir.

Penisilinin yapısını anlamak onun neye benzediğini bildiğimiz ve kimyasal kuzenlerini arayabileceğimiz anlamına gelir. Penisilin alerjiniz varsa ve alternatif bir antibiyotiğe ihtiyacınız varsa Crowfoot Hodgkin’e teşekkür etmelisiniz.

Günümüzde yeni bileşiklerin yapısını belirlemek çok daha kolaydır. Crofoot-Hodgkin’in penisilinin yapısını belirleme yolunda icat ettiği X-ışını tekniği, bileşikleri incelemek için dünya çapında hala kullanılıyor. Hastanelerin hastalığı teşhis etmek için kullandığı MRI teknolojisinin aynısı bunu yapabilir Kimyasal bileşiklerde de kullanılabilirler Yapıları üzerinde çalışmak.

Ancak bir kimyager, Dünya üzerinde bilinen herhangi bir bileşikle ilgisi olmayan tamamen yeni bir yapıyı tahmin etse bile, yine de bunu yapmak zorundadır ki işin zor kısmı da budur. Bir kimyasal bileşiğin var olabileceğini bilmek size onu nasıl oluşturacağınızı veya onu oluşturmak için ihtiyacınız olan koşulları söylemez.

Pek çok yararlı bileşik için, örneğin PenisilinBunları “yetiştirmek” ve küflerden, bitkilerden veya böceklerden çıkarmak daha kolay ve ucuzdur. Bu nedenle, yeni kimya arayışında olan bilim insanları hâlâ ilhamını etrafımızdaki dünyanın en küçük köşelerinde arıyor.

Matthew Addiccottfonksiyonel konularda kıdemli öğretim görevlisi, Nottingham Trent Üniversitesi

Bu makale şuradan yeniden yayımlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak Orijinal makale.