El Universo está inundado de miles de millones de sustancias químicas, cada una de las cuales es un pequeño pinchazo de potencial. Y sólo hemos identificado 1 por ciento de ellos.
Los científicos creen que compuestos químicos no descubiertos podrían ayudar a eliminar los gases de efecto invernaderoo desencadenar un avance médico muy parecido a lo que hizo la penicilina.
Pero primero dejemos claro esto: no es que los químicos no tengan curiosidad. Desde el químico ruso Dmitri Mendeleev inventó el Tabla periodica de los elementos En 1869, que es básicamente una caja de Lego de farmacia, los científicos han ido descubriendo las sustancias químicas que ayudaron a definir el mundo moderno.
Nosotros necesitabamos fusión nuclear (disparando átomos entre sí a la velocidad de la luz) para formar el último puñado de elementos. elemento 117, tennessinefue sintetizado en 2010 de esta manera.
Pero para comprender la escala completa del universo químico, es necesario comprender compuestos químicos también. Algunos se producen de forma natural; el agua, por supuesto, está hecha de hidrógeno y oxígeno. Otros, como nylonfueron descubiertos en experimentos de laboratorio y se fabrican en fábricas.
Los elementos están formados por un tipo de átomo.y Los átomos están hechos de partículas aún más pequeñas. incluyendo electrones y protones. Todos los compuestos químicos están formados por dos o más átomos. Aunque es posible que queden elementos por descubrir, no es agradable.
Entonces, ¿cuántos compuestos químicos ¿Podemos hacer bloques Lego con los 118 tipos diferentes de elementos que conocemos actualmente?
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Grandes números
Podemos empezar haciendo todos los compuestos de dos átomos. Hay muchos de estos: N2 (nitrógeno) y O2 (oxígeno) juntos constituyen el 99 por ciento de nuestro aire.
Probablemente a un químico le tomaría alrededor de un año producir un compuesto y, en teoría, hay 6.903 compuestos de dos átomos. Así que es un pueblo de químicos que trabajan un año sólo para crear todos los compuestos posibles de dos átomos.
Hay alrededor de 1,6 millones de compuestos de tres átomos como H2O (agua) y CO2 (dióxido de carbono), que es la población de Birmingham y Edimburgo combinadas. Una vez que alcancemos compuestos de cuatro y cinco átomos, necesitaríamos que todos en la Tierra produjeran tres compuestos cada uno. y para hacer todos estos compuestos químicostambién necesitaríamos reciclar varias veces todos los materiales del Universo.
Pero esto es una simplificación, por supuesto. Cosas como la estructura de un compuesto y su estabilidad pueden hacerlo más complejo y difícil de elaborar.
El mayor compuesto químico que se ha fabricado hasta ahora fue hecho en 2009 y tiene casi 3 millones de átomos. No estamos seguros de qué hace todavía, pero compuestos similares se utilizan para proteger cáncer medicamentos en el cuerpo hasta que lleguen al lugar correcto.
Pero espera, ¡la química tiene reglas!
¿Seguramente no todos esos compuestos son posibles?
Es cierto que hay reglas, pero son un poco flexibles, lo que crea más posibilidades para los compuestos químicos.
Incluso el solitario “Gases nobles” (incluidos neón, argón, xenón y helio), que tienden a no unirse con nada, a veces forman compuestos. Hidruro de argón, ArH+ No existe naturalmente en la Tierra pero se ha encontrado en el espacio.
Los científicos han podido fabricar versiones sintéticas en laboratorios que replican las condiciones del espacio profundo. Entonces, si incluye ambientes extremos en sus cálculos, la cantidad de compuestos posibles aumenta.
Al carbono normalmente le gusta estar unido a entre uno y cuatro átomos más, pero muy ocasionalmente, durante cortos períodos de tiempo, cinco es posible. Imaginemos un autobús con una capacidad máxima de cuatro personas. El autobús está en la parada y la gente sube y baja; Mientras la gente se mueve, por un momento, puede haber más de cuatro personas en el autobús.
Algunos químicos pasan toda su carrera tratando de crear compuestos que, según las reglas de la química, no deberían existir. A veces tienen éxito.
Otra cuestión a la que se enfrentan los científicos es si el compuesto que quieren sólo puede existir en el espacio o en entornos extremos: pensemos en el inmenso calor y presión que se encuentran en respiraderos hidrotermalesque son como géiseres pero en el fondo del océano.
Cómo los científicos buscan nuevos compuestos
A menudo, la respuesta es buscar compuestos relacionados con otros que ya se conocen.
Hay dos formas principales de hacer esto. Se trata de tomar un compuesto conocido y cambiarlo un poco: añadiendo, eliminando o intercambiando algunos átomos. Otra es tomar una reacción química conocida y utilizar nuevos materiales de partida. Es entonces cuando el método de creación es el mismo pero los productos pueden ser bastante diferentes. Ambos métodos son formas de buscar incógnitas conocidas.
Volviendo a Lego, es como construir una casa y luego una casa ligeramente diferente, o comprar ladrillos nuevos y agregar un segundo piso. muchos químicos pasar sus carreras explorando una de estas casas químicas.
Pero, ¿cómo buscaríamos una química verdaderamente nueva, es decir, incógnitas desconocidas?
Una forma en que los químicos aprenden sobre nuevos compuestos es observando el mundo natural. La penicilina se encontró de esta manera en 1928, cuando Alexander Fleming observó que el moho en sus placas de Petri impidió el crecimiento de bacterias.
Más de una década después, en 1939, Howard Florey Descubrí cómo cultivar penicilina en cantidades útiles, todavía usando moho. Pero tomó aún más tiempo, hasta 1945, para Dorothy Crowfoot Hodgkin para identificar la estructura química de la penicilina.
Esto es importante porque parte de la estructura de la penicilina contiene átomos dispuestos en un cuadrado, que es una disposición química inusual que pocos químicos adivinarían y es difícil de hacer.
Comprender la estructura de la penicilina significaba que sabíamos cómo era y podíamos buscar a sus primos químicos. Si es alérgico a la penicilina y necesita un antibiótico alternativo, se lo debe agradecer a Crowfoot Hodgkin.
Hoy en día, es mucho más fácil determinar la estructura de nuevos compuestos. La técnica de rayos X que inventó Crowfoot Hodgkin para identificar la estructura de la penicilina todavía se utiliza en todo el mundo para estudiar compuestos. Y el mismo resonancia magnética La técnica que utilizan los hospitales para diagnosticar enfermedades puede También se puede utilizar en compuestos químicos. para elaborar su estructura.
Pero incluso si un químico adivinara una estructura completamente nueva y no relacionada con ningún compuesto conocido en la Tierra, todavía tendría que crearla, que es la parte difícil. Descubrir que un compuesto químico podría existir no indica cómo está estructurado ni qué condiciones se necesitan para producirlo.
Para muchos compuestos útiles, como penicilina, es más fácil y económico “cultivarlos” y extraerlos de mohos, plantas o insectos. Por eso, los científicos que buscan nueva química todavía buscan inspiración en los rincones más pequeños del mundo que nos rodea.
Mateo AddicoatProfesor Titular de Materiales Funcionales, Universidad de Nottingham Trent
Este artículo se republica desde La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.