所有可能的化學物質(zhì)中只有1%被發(fā)現(xiàn)。我們?nèi)绾尾拍苷业礁啵?/h1>

宇宙中充斥著數(shù)十億種化學物質(zhì)，每一種化學物質(zhì)都是潛力的微小針刺。我們只確定了其中1%.

科學家認為未被發(fā)現(xiàn)的化合物可以幫助去除溫室氣體，或者像青霉素一樣引發(fā)醫(yī)學突破。

但是，讓我們先把這個說出來：并不是化學家不好奇。自俄羅斯化學家以來德米特里·門捷列夫發(fā)明了元素周期表在1869年，基本上是一個化學家的樂高盒子，科學家們一直在發(fā)現(xiàn)幫助定義現(xiàn)代世界的化學物質(zhì)。

我們需要核聚變（以光速相互發(fā)射原子）以制造最后幾個元素。元素117，田納西州，在2010年以這種方式合成。

但要了解化學宇宙的全部規(guī)模，你需要了解化合物太。有些是自然產(chǎn)生的——當然，水是由氫和氧組成的。其他，例如尼龍，是在實驗室實驗中發(fā)現(xiàn)的，并在工廠制造。

元素由一種原子組成和原子由更小的粒子組成包括電子和質(zhì)子。所有化合物都由兩個或多個原子組成。雖然可能還有未被發(fā)現(xiàn)的元素有待尋找，不太可能.

那么，有多少化合物我們能用我們目前知道的 118 種不同類型的元素樂高積木嗎？

大數(shù)字

我們可以從制作所有雙原子化合物.有很多這些：N₂（氮氣）和O₂（氧氣）共同構(gòu)成了我們空氣的99%。

化學家可能需要大約一年的時間才能制造出一種化合物，理論上有6,903種雙原子化合物。所以這是一個化學家的村莊，他們工作了一年 只是為了制造每一個可能的雙原子化合物。

大約有160萬個三原子化合物，如H₂O（水）和一氧化碳₂（二氧化碳），這是伯明翰和愛丁堡的人口總和。一旦我們達到四原子和五原子化合物，我們就需要地球上的每個人各自制造三種化合物。并制作所有這些化合物，我們還需要多次回收宇宙中的所有材料。

但這當然是簡化。諸如化合物的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性之類的因素會使它更加復(fù)雜和難以制造。

迄今為止制造的最大化合物是2009年制造并擁有近300萬個原子。我們還不確定它的作用，但是類似化合物用于保護癌癥藥物在體內(nèi)，直到它們到達正確的地方。

但是等等，化學是有規(guī)則的！

當然，不是所有這些化合物都是可能的嗎？

確實有規(guī)則 - 但它們有點彎曲，這為化合物創(chuàng)造了更多的可能性。

即使是孤獨的”惰性氣體“（包括氖、氬、氙和氦），它們往往不與任何東西結(jié)合，有時形成化合物.氫化氬，氬⁺在地球上不是自然存在的，但在太空中被發(fā)現(xiàn)。

科學家們已經(jīng)能夠在實驗室中制造出復(fù)制深空條件的合成版本。因此，如果在計算中包括極端環(huán)境，則可能的化合物數(shù)量會增加。

碳通常喜歡附著在一到四個其他原子上，但偶爾會短時間附著，五個是可能的.想象一下，一輛最多可容納四人的公共汽車。公交車在車站，人們上下車;當人們移動時，簡而言之，公共汽車上實際上可以有超過四個人。

一些化學家的整個職業(yè)生涯都在試圖制造根據(jù)化學規(guī)則手冊不應(yīng)該存在的化合物。有時他們是成功的。

科學家必須解決的另一個問題是，他們想要的化合物是否只能存在于太空或極端環(huán)境中 - 想想在熱液噴口，就像間歇泉一樣，但在海底。

科學家如何尋找新化合物

通常，答案是搜索與已知化合物相關(guān)的化合物。

有兩種主要方法可以做到這一點。一種是采用一種已知的化合物并對其進行一些更改 - 通過添加，刪除或交換一些原子。另一種是進行已知的化學反應(yīng)并使用新的起始材料。這是創(chuàng)建方法相同但產(chǎn)品可能完全不同的時候。這兩種方法都是搜索已知未知數(shù)的方法。

回到樂高，這就像建造一所房子，然后建造一個稍微不同的房子，或者購買新磚并增加第二層。很多化學家度過他們的職業(yè)生涯探索其中一個化學屋。

但是，我們?nèi)绾螌ふ艺嬲男禄瘜W——即未知的未知？

化學家了解新化合物的一種方式是觀察自然界。青霉素是在1928年以這種方式發(fā)現(xiàn)的，當時亞歷山大·弗萊明（Alexander Fleming）在他的培養(yǎng)皿中觀察到霉菌防止細菌生長.

十多年后的1939年，霍華德·弗洛里研究如何種植有用量的青霉素，仍然使用霉菌。但直到 1945 年，它花了更長的時間多蘿西·魚尾紋霍奇金鑒定青霉素的化學結(jié)構(gòu)。

這很重要，因為青霉素結(jié)構(gòu)的一部分包含排列成正方形的原子，這是一種不尋常的化學排列，很少有化學家會猜到，而且很難制造。

了解青霉素的結(jié)構(gòu)意味著我們知道它的樣子，并且可以尋找它的化學表親。如果您對青霉素過敏并且需要替代抗生素，那么要感謝魚尾紋霍奇金。

如今，確定新化合物的結(jié)構(gòu)要容易得多。Crowfoot Hodgkin在鑒定青霉素結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)明的X射線技術(shù)仍然在全球范圍內(nèi)用于研究化合物。和一樣核磁共振成像醫(yī)院用來診斷疾病的技術(shù)可以也用于化合物以制定其結(jié)構(gòu)。

但是，即使化學家猜測出一種與地球上已知的任何化合物無關(guān)的全新結(jié)構(gòu)，他們?nèi)匀槐仨氈圃焖?，這是困難的部分。弄清楚一種化合物可能存在并不能告訴你它是如何結(jié)構(gòu)的，或者你需要什么條件來制造它。

對于許多有用的化合物，如盤尼西林，從霉菌、植物或昆蟲中“種植”和提取它們更容易、更便宜。因此，尋找新化學的科學家仍然經(jīng)常在我們周圍世界最微小的角落尋找靈感。

馬修·阿迪科特，功能材料高級講師，諾丁漢特倫特大學

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