Вселената е залята от милиарди химикали – а ние сме

Вселената е залята от милиарди химикали – а ние сме разпознали единствено 1% от тях. Учените считат, че неоткритите химични съединения могат да оказват помощ за премахването на парниковите газове или да провокират медицински пробив, сходно на пеницилина.

Но дано първо да кажем следното: не че химиците не са любопитни. Откакто съветският химик Дмитрий Менделеев изобретява периодическата таблица на детайлите през 1869 година, учените непрекъснато откриват химически съединения, които оказват помощ за определянето на актуалния свят. За основаването на последната шепа детайли е нужен нуклеарен синтез (изстрелване на атоми един към различен със скоростта на светлината) – детайл 117, тенесин, беше синтезиранпо този метод през 2010 година

За да се разбере обаче цялостният мащаб на химическата галактика, би трябвало да се схванат и самите химически съединения. Някои от тях се срещат в природата – ето водата, да вземем за пример, се състои от водород и О2. Други, като найлонът, са открити при лабораторни опити и се създават във заводи.

Елементите се състоят от един тип атоми, а атомите са формирани от още по-дребни частици като електрони и протони. Всички химични съединения се състоят от два или повече атома. Въпреки че е допустимо да има неоткрити детайли, това е малко евентуално.

И по този начин, какъв брой химични съединения можем да създадем от 118-те разнообразни типа обикновени блокчета Лего, които познаваме сега?

Можем да стартираме, като създадем всички двуатомни съединения. Те са доста на брой: N2 (азот) и O2 (кислород) дружно съставляват 99% от нашия въздух. Вероятно ще отнеме на химик към година, с цел да направи едно съединяване, а на доктрина има 6903 двуатомни съединения. Така че би трябвало цяло село химици да работят една година единствено с цел да създадат всяко допустимо двуатомно съединяване.

Съществуват към 1,6 милиона триатомни съединения като H₂0 (вода) и C0₂ (въглероден диоксид) – което е популацията на София и Пловдив, взети дружно. След като достигнем до четири- и петатомни съединения, ще е належащо всеки гражданин на Земята да направи по три съединения… И ще би трябвало да рециклираме всички материали във Вселената няколко пъти.

Но това, несъмнено, е опростяване на нещата; структурата на обещано съединяване и неговата непоклатимост могат да го създадат по-сложно и мъчно за основаване.

Най-голямото съединяване, което е основано до момента, е направено през 2009 година и има съвсем 3 милиона атома. Все още не сме сигурни какво прави то, само че сходни се употребяват да се защитят медикаменти за рак в организма, до момента в който стигнат до вярното място.

В химията има също по този начин има…

Със сигурност невсички съединения са вероятни.

Но правила са малко огъващи се – даже самотните „ благородни газове “ като неон, аргон и ксенон и хелий, които нормално не се свързват с нищо, от време на време образуват съединения. Аргоновият хидрид, ArH+, не съществува естествено на Земята, само че е открит в космоса. Учените са съумели да създадат синтетична версия в лаборатория като имитират изискванията в дълбокия космос. Така че, в случай че включите рисковите среди в изчисленията си, броят на вероятните съединения се усилва.

Въглеродът нормално обича да се свързва с един до четири други атома, само че доста рядко, за къси интервали от време, е допустимо да се свърже и с пет: представете си рейс с оптимален потенциал от четирима души. Автобусът е на спирка и хората се качват и слизат; до момента в който хората се движат, за малко в рейса може да има повече от четирима души.

Някои химици прекарват цялата си кариера в опити да основат съединения, които съгласно разпоредбите на химията не би трябвало да съществуват. И от време на време съумяват.

Друг въпрос, с който учените би трябвало да се преборят, е дали мечтаното от тях съединяване може да съществува единствено в космоса или в рискова среда – да вземем за пример в голямата топлота и налягане, които се откриват в хидротермалните комини, които са като гейзери, само че на океанското дъно.

Хидротермален комин в Атлантическия океан.

?

Често отговорът е да се търсят съединения, които са свързани с към този момент познати такива. Съществуват два съществени метода за това: еиният е да се вземе известно съединяване и да се промени малко – посредством прибавяне, махане или замяна на някои атоми; другият метод е да се вземе известна химична реакция и да се употребяват нови материали.

Но по какъв начин бихме могли да търсим в действителност нови – т.е. непознати незнайни – съединения?

Един от методите, по които химиците научават за нови съединения, е да прегледат природата. Пеницилинът е открит по този метод през 1928 година, когато Александър Флеминг вижда, че плесента в неговите петриеви блюда пречи на растежа на бактериите.

Повече от десетилетие по-късно, през 1939 година, Хауърд Флори открива по какъв начин да отглежда пеницилин в потребни количества, като отново употребява мухъл. Чак през 1945 година обаче Дороти Кроуфут Ходжкин съумява да дефинира химическата конструкция на пеницилина.

Това е значимо, защото част от нея съдържа атоми, подредени в квадрат, което е необикновена химическа класификация, за която малко на брой химици биха предположили, и е сложна за приемане. Разбирането ѝ надлежно значи, че знаем по какъв начин наподобява тя и можем да търсим нейни химически братовчеди. Ако сте алергични към пеницилин и сте имали потребност от различен антибиотик, би трябвало да благодарите на Ходжкин.

В днешно време е доста по-лесно да се дефинира структурата на нови съединения. Рентгеновата техника, която Кроуфут Ходжкин изобретява по пътя си към установяване структурата на пеницилина, към момента се употребява в целия свят за проучване на съединения.

Но даже в случай че химикът открие изцяло нова конструкция, несвързана с нито едно от известните на Земята съединения, той въпреки всичко след това ще би трябвало да я сътвори – което е най-трудната част. Откритието, че едно химично съединяване може да съществува, не ви споделя по какъв начин е структурирано или какви условия са нужни, с цел да го извършите.

За доста потребни съединения, като пеницилина, е по-лесно и по-евтино да се „ отгледат “ и извлекат от плесени, растения или инсекти. Затова учените, които търсят нова химия, към момента постоянно търсят ентусиазъм в най-малките кътчета на заобикалящия ни свят.