但让我们;让我们先把这个说出来:这并不是说化学家不好奇。自从俄罗斯化学家;德米特里·门捷列夫;发明了;元素周期表;1869年,科学家们发现了有助于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)来制造最后少数元素。要素117;tennessine是在2010年以这种方式合成的
但要了解化学宇宙的全貌,你需要了解;化合物;也有些是自然发生的—当然,水是由氢和氧组成的。其他,如;尼龙是在实验室实验中发现的,在工厂中生产
元素由一种类型的原子组成,并且;原子是由更小的粒子组成的;包括电子和质子。所有的化合物都是由两个或多个原子组成的。尽管可能还有未发现的元素有待发现;这不太可能。那么,有多少;化合物;我们能用目前已知的118种不同元素的乐高积木制作吗
我们可以从制造所有的双原子化合物开始。有很多这样的化合物:N2(氮)和O2(氧)它们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6903种双原子化合物。这是一个由化学家组成的村庄,他们每年都在努力制造每一种可能的双原子化合物
大约有160万个三原子化合物,如H₂;0(水)和C0#8322;(二氧化碳),这是伯明翰和爱丁堡人口的总和。一旦我们达到四个和五个原子的化合物,我们就需要地球上的每个人分别制造三个化合物。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物质
但这当然是一种简化。化合物的结构及其稳定性等因素会使其变得更加复杂和难以制造
迄今为止制造的最大的化合物是;2009年制造;并且具有近300万个原子。我们还不确定它的作用,但是;类似化合物;用于保护体内的癌症药物,直到它们到达正确的位置
等等,化学有规律确实存在规则—但它们有点弯曲,这为化合物创造了更多的可能性
即使是孤立的“稀有气体”(包括氖、氩、氙和氦),它们往往不会与任何东西结合;有时形成化合物。氢化氩,ArH+;它不是自然存在于地球上,而是在太空中发现的。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,如果你在计算中包括极端环境,可能的化合物数量就会增加
碳通常喜欢附着在一到四个其他原子上,但偶尔会在短时间内附着;五个是可能的。想象一下,一辆最大载客量为四人的公共汽车。公共汽车在车站,人们上下车;当人们在移动时,短暂地说,实际上公交车上可能有四个人以上
一些化学家在他们的整个职业生涯中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
科学家们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,类似间歇泉,但位于海底
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。一种是取一种已知的化合物并稍微改变它—通过添加、删除或交换一些原子。另一种是采用已知的化学反应并使用新的起始材料。这是指创作方法相同,但产品可能截然不同的情况。这两种方法都是搜索已知未知
回到乐高,这就像建造一栋房子,然后建造一栋稍微不同的房子,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
但我们该如何寻找真正的新化学;也就是说未知未知
化学家了解新化合物的一种方法是观察自然界。青霉素是在1928年发现的,当时亚历山大·弗莱明在他的培养皿中发现了霉菌;阻止了细菌的生长
十多年后的1939年;Howard Florey;找出了如何在仍然使用霉菌的情况下种植有用数量的青霉素。但直到1945年;Dorothy Crowfoot Hodgkin;以鉴定青霉素的化学结构
这一点很重要,因为青霉素的部分结构包含排列成正方形的原子,这是一种很少有化学家猜测的不寻常的化学排列,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,并可以寻找它的化学近亲。如果你对青霉素过敏,需要一种替代抗生素,你需要感谢克劳福特·霍奇金
如今,确定新化合物的结构要容易得多。克劳福特·霍奇金在前往
2024-01-20
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