Сокровища Вселенной. Людям удалось найти лишь 1% химических веществ: как найти остальное

Вселенная наполнена миллиардами различных химических веществ, каждое из которых, по сути, представляет собой "крошечный укол потенциала". Известно, что сегодня нам удалось идентифицировать лишь крошечный 1% из этих веществ, пишет IFLScience.

Ученые полагают, что отыскав еще неоткрытые химические соединения, нам удастся справиться с глобальным потеплением, удалить парниковые газы из атмосферы Земли и совершить прорыв в медицине, как это сделал пенициллин. Однако что мешает ученым открывать новые химические соединения?

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Дело вовсе не в том, что химикам неинтересно. С тех пор как Дмитрий Менделеев в 1869 году изобрел периодическую таблицу элементов, ученые начали открывать все больше химических веществ, способных определить современный мир. Далее потребовался ядерный синтез, чтобы создать последнюю горстку элементов. К слову, именно таким способов в 2010 году был синтезирован элемент 117 — теннессин.

Однако для понимания масштаба химической вселенной, нам необходимо понимать химические соединения. Некоторые из них легко встретить в природе — вода, например, состоит из водорода и кислорода. Другие, как нейлон, были обнаружены химиками в лабораторных условиях и производятся лишь на заводах.

По словам старшего преподавателя функциональных материалов в Университете Ноттингем Трент, Мэтью Аддикота, химические элементы состоят из атомов одного типа, а атомы представляют набор еще более мелких частиц, в том числе электронов и протонов. Известно, что все химические соединения состоят из двух и более атомов. Впрочем, ученые считают, что существует вероятность существования еще неоткрытых элементов, однако это маловероятно.

По словам Аддикота, главный вопрос заключается в том, сколько химических соединений мы можем получить из 118 различных элементов, которые известны в настоящее время? Подсчет можно начать с создания двухатомных соединений, например азота или кислорода. Химикам, вероятно, потребовалось бы около года, чтобы создать одно соединение в лаборатории, однако теоретически существует около 6 903 двухатомных соединений.

В то же время существует около 1,6 миллиона трехатомных соединений, например, вода и диоксид углерода. Аддикота отмечает, как только мы доберемся до подсчета четырех- и пятиатомных соединений, понадобится, чтобы каждый человек на Земле создавал по три соединения в год, чтобы мы могли получить их все. Впрочем, это весьма упрощенный подход, так как некоторые химические соединения более сложны и трудны в изготовлении.

К слову, самое большое химическое соединение, созданное сегодня, было получено в 2009 году и содержит около 3 миллионов атомов. Однако до сих пор ученые не уверены, что оно делает, но подобные соединения используются для защиты лекарств от рака в организме, прока они движутся в нужное место.

Ученый отмечает, что в химии действительно существуют правила, однако они достаточно гибкие, что открывает больше возможностей для химических соединений. Например, одиночные "благородные газы" (неон, аргон, ксенон и гелий), склонные ни с чем не связываться, иногда способны образовывать соединения. Аддикот отмечает, хорошим примером является гидрид аргона: он не был обнаружен в природе на Земле, однако был найден в космосе. Таким образом включение в расчеты экстремальных условий может увеличить количество возможных химических соединений.

Не менее важным в этом вопросе является то, может ли соединение, которое ученые хотят, существовать только в космосе или в экстремальных условиях. Часто ответом является поиск соединений, родственных уже известным. По словам Аддикота, существует два способа сделать это:

• немного изменить существующее соединение;
• использовать новые исходные материалы в известной химической реакции.

Впрочем, для поиска абсолютно неизвестных соединений химики, как правило, обращаются к миру природы. Например, именно таким образом в 1928 году был открыт пенициллин. Лишь через чуть более 10 лет ученые нашли способ выращивать пенициллин в полезных количествах, а спустя еще 6 лет им удалось определить его химическую структуру.

По словам Аддикота, новые технологии позволяют гораздо проще определить структуру новых соединений, используя рентгеновский метод или метод МРТ. Однако даже догадавшись о совершенно новой структуре, ученых ждет самое сложное — его создание. В то же время, многие полезные соединения, такие как пенициллин, дешевле и проще "вырастить" и извлечь из растений, насекомых или плесени. Именно поэтому так много химиков все еще ищут вдохновение в самых отдаленных и крошечных уголках нашего мира.