Скарби Всесвіту. Людям вдалося знайти лише 1% хімічних речовин: як знайти решту

Всесвіт наповнений мільярдами різних хімічних речовин, кожна з яких, по суті, являє собою "крихітний укол потенціалу". Відомо, що сьогодні нам вдалося ідентифікувати лише крихітний 1% з цих речовин, пише IFLScience.

Вчені вважають, що відшукавши ще невідкриті хімічні сполуки, нам вдасться впоратися з глобальним потеплінням, видалити парникові гази з атмосфери Землі та зробити прорив у медицині, як це зробив пеніцилін. Однак що заважає вченим відкривати нові хімічні сполуки?

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Річ зовсім не в тому, що хімікам нецікаво. Відтоді як Дмитро Менделєєв 1869 року винайшов періодичну таблицю елементів, учені почали відкривати все більше хімічних речовин, здатних визначити сучасний світ. Далі знадобився ядерний синтез, щоб створити останню жменьку елементів. До слова, саме таким способом 2010 року було синтезовано елемент 117 — теннессін.

Однак для розуміння масштабу хімічного всесвіту, нам необхідно розуміти хімічні сполуки. Деякі з них легко зустріти в природі — вода, наприклад, складається з водню і кисню. Інші, як нейлон, були виявлені хіміками в лабораторних умовах і виробляються лише на заводах.

За словами старшого викладача функціональних матеріалів в Університеті Ноттінгем Трент, Метью Аддікота, хімічні елементи складаються з атомів одного типу, а атоми є набором ще більш дрібних частинок, зокрема електронів і протонів. Відомо, що всі хімічні сполуки складаються з двох і більше атомів. Утім, учені вважають, що існує ймовірність існування ще невідкритих елементів, однак це малоймовірно.

За словами Аддікота, головне питання полягає в тому, скільки хімічних сполук ми можемо отримати зі 118 різних елементів, які відомі на даний час? Підрахунок можна почати зі створення двоатомних сполук, наприклад азоту або кисню. Хімікам, імовірно, знадобилося б близько року, щоб створити одну сполуку в лабораторії, проте теоретично існує близько 6 903 двоатомних сполук.

Водночас існує близько 1,6 мільйона триатомних сполук, наприклад, вода і діоксид вуглецю. Аддікота зазначає, що тільки-но ми доберемося до підрахунку чотирьох- і п'ятиатомних сполук, знадобиться, щоб кожна людина на Землі створювала по три сполуки на рік, щоб ми могли отримати їх усі. Утім, це вельми спрощений підхід, оскільки деякі хімічні сполуки складніші та важчі у виготовленні.

До слова, найбільша хімічна сполука, створена сьогодні, була отримана 2009 року і містить близько 3 мільйонів атомів. Однак досі вчені не впевнені, що вона робить, але подібні сполуки використовуються для захисту ліків проти раку в організмі, прока вони рухаються в потрібне місце.

Науковець зазначає, що в хімії справді існують правила, проте вони досить гнучкі, що відкриває більше можливостей для хімічних сполук. Наприклад, поодинокі "благородні гази" (неон, аргон, ксенон і гелій), які схильні ні з чим не зв'язуватися, іноді здатні утворювати сполуки. Аддікот зазначає, гарним прикладом є гідрид аргону: його не було виявлено в природі на Землі, проте було знайдено в космосі. Таким чином включення в розрахунки екстремальних умов може збільшити кількість можливих хімічних сполук.

Не менш важливим у цьому питанні є те, чи може сполука, яку вчені прагнуть, існувати лише в космосі або в екстремальних умовах. Часто відповіддю є пошук сполук, споріднених уже відомим. За словами Аддікота, існує два способи зробити це:

• трохи змінити наявну сполуку;
• використовувати нові вихідні матеріали у відомій хімічній реакції.

Утім, для пошуку абсолютно невідомих сполук хіміки, як правило, звертаються до світу природи. Наприклад, саме таким чином 1928 року було відкрито пеніцилін. Лише через трохи більше ніж 10 років учені знайшли спосіб вирощувати пеніцилін у корисних кількостях, а ще через 6 років їм вдалося визначити його хімічну структуру.

За словами Аддікота, нові технології дають змогу набагато простіше визначити структуру нових сполук, використовуючи рентгенівський метод або метод МРТ. Однак навіть здогадавшись про абсолютно нову структуру, на вчених чекає найскладніше — її створення. Водночас багато корисних сполук, як-от пеніцилін, дешевше і простіше "виростити" і витягти з рослин, комах або цвілі. Саме тому так багато хіміків все ще шукають натхнення у найвіддаленіших і крихітних куточках нашого світу.

Раніше Фокус писав про те, як повсякденне використання предметів побуту нас вбиває — розповідають вчені.