所有可能的化学物质中只有1%被发现。我们如何才能找到更多？

宇宙中充斥着数十亿种化学物质，每一种化学物质都是潜力的微小针刺。我们只确定了其中1%.

科学家认为未被发现的化合物可以帮助去除温室气体，或者像青霉素一样引发医学突破。

但是，让我们先把这个说出来：并不是化学家不好奇。自俄罗斯化学家以来德米特里·门捷列夫发明了元素周期表在1869年，基本上是一个化学家的乐高盒子，科学家们一直在发现帮助定义现代世界的化学物质。

我们需要核聚变（以光速相互发射原子）以制造最后几个元素。元素117，田纳西州，在2010年以这种方式合成。

但要了解化学宇宙的全部规模，你需要了解化合物太。有些是自然产生的——当然，水是由氢和氧组成的。其他，例如尼龙，是在实验室实验中发现的，并在工厂制造。

元素由一种原子组成和原子由更小的粒子组成包括电子和质子。所有化合物都由两个或多个原子组成。虽然可能还有未被发现的元素有待寻找，不太可能.

那么，有多少化合物我们能用我们目前知道的 118 种不同类型的元素乐高积木吗？

大数字

我们可以从制作所有双原子化合物.有很多这些：N₂（氮气）和O₂（氧气）共同构成了我们空气的99%。

化学家可能需要大约一年的时间才能制造出一种化合物，理论上有6,903种双原子化合物。所以这是一个化学家的村庄，他们工作了一年 只是为了制造每一个可能的双原子化合物。

大约有160万个三原子化合物，如H₂O（水）和一氧化碳₂（二氧化碳），这是伯明翰和爱丁堡的人口总和。一旦我们达到四原子和五原子化合物，我们就需要地球上的每个人各自制造三种化合物。并制作所有这些化合物，我们还需要多次回收宇宙中的所有材料。

但这当然是简化。诸如化合物的结构及其稳定性之类的因素会使它更加复杂和难以制造。

迄今为止制造的最大化合物是2009年制造并拥有近300万个原子。我们还不确定它的作用，但是类似化合物用于保护癌症药物在体内，直到它们到达正确的地方。

但是等等，化学是有规则的！

当然，不是所有这些化合物都是可能的吗？

确实有规则 - 但它们有点弯曲，这为化合物创造了更多的可能性。

即使是孤独的”惰性气体“（包括氖、氩、氙和氦），它们往往不与任何东西结合，有时形成化合物.氢化氩，氩⁺在地球上不是自然存在的，但在太空中被发现。

科学家们已经能够在实验室中制造出复制深空条件的合成版本。因此，如果在计算中包括极端环境，则可能的化合物数量会增加。

碳通常喜欢附着在一到四个其他原子上，但偶尔会短时间附着，五个是可能的.想象一下，一辆最多可容纳四人的公共汽车。公交车在车站，人们上下车;当人们移动时，简而言之，公共汽车上实际上可以有超过四个人。

一些化学家的整个职业生涯都在试图制造根据化学规则手册不应该存在的化合物。有时他们是成功的。

科学家必须解决的另一个问题是，他们想要的化合物是否只能存在于太空或极端环境中 - 想想在热液喷口，就像间歇泉一样，但在海底。

科学家如何寻找新化合物

通常，答案是搜索与已知化合物相关的化合物。

有两种主要方法可以做到这一点。一种是采用一种已知的化合物并对其进行一些更改 - 通过添加，删除或交换一些原子。另一种是进行已知的化学反应并使用新的起始材料。这是创建方法相同但产品可能完全不同的时候。这两种方法都是搜索已知未知数的方法。

回到乐高，这就像建造一所房子，然后建造一个稍微不同的房子，或者购买新砖并增加第二层。很多化学家度过他们的职业生涯探索其中一个化学屋。

但是，我们如何寻找真正的新化学——即未知的未知？

化学家了解新化合物的一种方式是观察自然界。青霉素是在1928年以这种方式发现的，当时亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）在他的培养皿中观察到霉菌防止细菌生长.

十多年后的1939年，霍华德·弗洛里研究如何种植有用量的青霉素，仍然使用霉菌。但直到 1945 年，它花了更长的时间多萝西·鱼尾纹霍奇金鉴定青霉素的化学结构。

这很重要，因为青霉素结构的一部分包含排列成正方形的原子，这是一种不寻常的化学排列，很少有化学家会猜到，而且很难制造。

了解青霉素的结构意味着我们知道它的样子，并且可以寻找它的化学表亲。如果您对青霉素过敏并且需要替代抗生素，那么要感谢鱼尾纹霍奇金。

如今，确定新化合物的结构要容易得多。Crowfoot Hodgkin在鉴定青霉素结构的过程中发明的X射线技术仍然在全球范围内用于研究化合物。和一样核磁共振成像医院用来诊断疾病的技术可以也用于化合物以制定其结构。

但是，即使化学家猜测出一种与地球上已知的任何化合物无关的全新结构，他们仍然必须制造它，这是困难的部分。弄清楚一种化合物可能存在并不能告诉你它是如何结构的，或者你需要什么条件来制造它。

对于许多有用的化合物，如盘尼西林，从霉菌、植物或昆虫中“种植”和提取它们更容易、更便宜。因此，寻找新化学的科学家仍然经常在我们周围世界最微小的角落寻找灵感。

马修·阿迪科特，功能材料高级讲师，诺丁汉特伦特大学

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