Seulement 1 % de tous les produits chimiques possibles ont été découverts. Comment pouvons-nous en trouver davantage ? : Alerte Science

L’Univers est inondé de milliards de produits chimiques, chacun étant une minuscule pointe de potentiel. Et nous avons seulement identifié 1 pour cent d’entre eux.

Les scientifiques pensent que des composés chimiques non découverts pourraient aider à éliminer les gaz à effet de serreou déclencher une percée médicale un peu comme la pénicilline l’a fait.

Mais commençons par le dire : ce n’est pas que les chimistes ne soient pas curieux. Depuis le chimiste russe Dmitri Mendeleïev a inventé le tableau périodique des éléments en 1869, qui est essentiellement une boîte de Lego de pharmacie, les scientifiques ont découvert les produits chimiques qui ont contribué à définir le monde moderne.

Nous avions besoin de la fusion nucléaire (en tirant des atomes les uns sur les autres à la vitesse de la lumière) pour fabriquer la dernière poignée d’éléments. Élément 117, tennessinea été ainsi synthétisée en 2010.

Mais pour comprendre l’ampleur de l’univers chimique, il faut comprendre composants chimiques aussi. Certains se produisent naturellement – ​​l’eau, bien sûr, est composée d’hydrogène et d’oxygène. D’autres, comme nylonont été découverts lors d’expériences en laboratoire et sont fabriqués dans des usines.

Les éléments sont constitués d’un seul type d’atomeet les atomes sont constitués de particules encore plus petites y compris les électrons et les protons. Tous les composés chimiques sont constitués de deux atomes ou plus. Bien qu’il soit possible qu’il reste des éléments non découverts à trouver, c’est peu probable.

Alors, combien composants chimiques peut-on réaliser avec les 118 sortes différentes d’éléments Lego que nous connaissons actuellement ?

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De gros chiffres

Nous pouvons commencer par faire tout le composés à deux atomes. Il y en a beaucoup : N₂ (azote) et O₂ (l’oxygène) constituent ensemble 99 pour cent de notre air.

Il faudrait probablement environ un an à un chimiste pour fabriquer un composé et il existe en théorie 6 903 composés à deux atomes. Voilà donc un village de chimistes travaillant un an juste pour fabriquer tous les composés possibles à deux atomes.

Il existe environ 1,6 million de composés à trois atomes comme H₂O (eau) et CO₂ (dioxyde de carbone), soit la population combinée de Birmingham et d’Édimbourg. Une fois que nous aurons atteint des composés à quatre et cinq atomes, nous aurions besoin que tout le monde sur Terre fabrique trois composés chacun. Et pour faire tous ces composés chimiquesil faudrait également recycler plusieurs fois tous les matériaux de l’Univers.

Mais il s’agit bien entendu d’une simplification. Des éléments tels que la structure d’un composé et sa stabilité peuvent le rendre plus complexe et plus difficile à fabriquer.

Le plus gros composé chimique fabriqué jusqu’à présent était réalisé en 2009 et compte près de 3 millions d’atomes. Nous ne savons pas encore ce qu’il fait, mais composés similaires sont utilisés pour protéger les médicaments anticancéreux dans le corps jusqu’à ce qu’ils arrivent au bon endroit.

Mais attendez, la chimie a des règles !

Tous ces composés ne sont sûrement pas possibles ?

C’est vrai qu’il existe des règles, mais elles sont plutôt flexibles, ce qui crée davantage de possibilités pour les composés chimiques.

Même les solitaires”gaz nobles” (y compris le néon, l’argon, le xénon et l’hélium), qui ont tendance à ne se lier à rien, forment parfois des composés. Hydrure d’argon, ArH⁺ n’existe pas naturellement sur Terre mais a été trouvé dans l’espace.

Les scientifiques ont pu créer des versions synthétiques dans des laboratoires qui reproduisent les conditions de l’espace lointain. Ainsi, si vous incluez les environnements extrêmes dans vos calculs, le nombre de composés possibles augmente.

Le carbone aime normalement être attaché à un à quatre autres atomes, mais très occasionnellement, pendant de courtes périodes, cinq est possible. Imaginez un bus d’une capacité maximale de quatre personnes. Le bus est à l’arrêt, et les gens montent et descendent ; pendant que les gens se déplacent, brièvement, vous pouvez avoir plus de quatre personnes dans le bus.

Certains chimistes passent toute leur carrière à essayer de fabriquer des composés qui, selon les règles de la chimie, ne devraient pas exister. Parfois, ils réussissent.

Une autre question à laquelle les scientifiques doivent se poser est de savoir si le composé qu’ils souhaitent ne peut exister que dans l’espace ou dans des environnements extrêmes – pensez à l’immense chaleur et à la pression trouvées à l’atmosphère. bouches hydrothermalesqui ressemblent à des geysers mais au fond de l’océan.

Comment les scientifiques recherchent de nouveaux composés

Souvent, la réponse consiste à rechercher des composés liés à ceux déjà connus.

Il existe deux manières principales de procéder. La première consiste à prendre un composé connu et à le modifier légèrement – ​​en ajoutant, supprimant ou échangeant des atomes. Une autre consiste à prendre une réaction chimique connue et à utiliser de nouvelles matières premières. C’est alors que la méthode de création est la même mais que les produits peuvent être bien différents. Ces deux méthodes sont des moyens de rechercher des inconnues connues.

Pour en revenir aux Lego, c’est comme construire une maison, puis une maison légèrement différente, ou acheter de nouvelles briques et ajouter un deuxième étage. Beaucoup de chimistes passer leur carrière explorer une de ces usines de produits chimiques.

Mais comment pourrions-nous rechercher une chimie véritablement nouvelle, c’est-à-dire des inconnues inconnues ?

Les chimistes découvrent de nouveaux composés en s’intéressant au monde naturel. La pénicilline a été découverte de cette façon en 1928, lorsqu’Alexander Fleming a observé que la moisissure dans ses boîtes de Pétri empêché la croissance des bactéries.

Plus d’une décennie plus tard, en 1939, Howard Florey a découvert comment cultiver de la pénicilline en quantités utiles, toujours en utilisant de la moisissure. Mais il fallut encore plus de temps, jusqu’en 1945, pour Dorothy Crowfoot Hodgkin pour identifier la structure chimique de la pénicilline.

C’est important car une partie de la structure de la pénicilline contient des atomes disposés en carré, ce qui constitue un arrangement chimique inhabituel que peu de chimistes devineraient et qui est difficile à réaliser.

Comprendre la structure de la pénicilline signifiait que nous savions à quoi elle ressemblait et que nous pouvions rechercher ses cousins ​​chimiques. Si vous êtes allergique à la pénicilline et avez besoin d’un antibiotique alternatif, vous devez remercier Crowfoot Hodgkin.

De nos jours, il est beaucoup plus facile de déterminer la structure de nouveaux composés. La technique des rayons X inventée par Crowfoot Hodgkin pour identifier la structure de la pénicilline est encore utilisée dans le monde entier pour étudier les composés. Et la même technique d’IRM que celle utilisée par les hôpitaux pour diagnostiquer une maladie peut peut également être utilisé sur des composés chimiques pour élaborer leur structure.

Mais même si un chimiste devinait une structure complètement nouvelle, sans rapport avec aucun composé connu sur Terre, il lui faudrait quand même la fabriquer, ce qui est la partie la plus difficile. Comprendre qu’un composé chimique pourrait exister ne vous dit pas comment il est structuré ni dans quelles conditions vous avez besoin pour le fabriquer.

Pour de nombreux composés utiles, comme pénicilline, il est plus facile et moins coûteux de les « cultiver » et de les extraire des moisissures, des plantes ou des insectes. Ainsi, les scientifiques en quête de nouvelle chimie cherchent encore souvent leur inspiration dans les moindres recoins du monde qui nous entoure.

Matthieu AddicoatMaître de Conférences en Matériaux Fonctionnels, Université de Nottingham Trent

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