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 el 1% de ellos. Los científicos creen que compuestos químicos no descubiertos podrían ayudar a eliminar los gases de efecto invernadero o 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 que el químico ruso Dmitri Mendeleev inventó la tabla periódica de elementos en 1869, que es básicamente una caja de Lego de químico, los científicos han ido descubriendo las sustancias químicas que ayudaron a definir el mundo moderno. Necesitábamos la fusión nuclear (disparar átomos entre sí a la velocidad de la luz) para formar el último puñado de elementos. El elemento 117, el teneso, fue sintetizado de esta manera en 2010.
Pero para comprender la escala completa del universo químico, también es necesario comprender los compuestos químicos. Algunos se forman naturalmente. El agua, por supuesto, está hecha de hidrógeno y oxígeno. Otros, como el nailon, se descubrieron en experimentos de laboratorio y se fabrican en industrias.
Los elementos están formados por un tipo de átomo y los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, incluidos electrones y protones. Todos los compuestos químicos están formados por dos o más átomos. Aunque es posible que queden elementos por descubrir, es poco probable. Entonces, ¿cuántos compuestos químicos podemos producir con los 118 tipos diferentes de bloques de Lego que conocemos actualmente?
Grandes números
Podemos empezar por hacer todos los compuestos de dos átomos. Hay muchos de estos: N2 (nitrógeno) y O2 (oxígeno) juntos constituyen el 99% 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 H₂0 (agua) y C0₂ (dióxido de carbono), que es la población de Birmingham y Edimburgo juntas. Una vez que alcancemos compuestos de cuatro y cinco átomos, necesitaríamos que todos en la Tierra produjeran tres compuestos cada uno. Y para producir todos estos compuestos químicos, también necesitaríamos reciclar todos los materiales del universo varias veces.
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 compuesto químico más grande que se ha creado hasta ahora se creó en 2009 y tiene casi 3 millones de átomos. Aún no estamos seguros de qué hace, pero se utilizan compuestos similares para proteger los medicamentos contra el cáncer 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 los “gases nobles” solitarios (incluidos el neón, el argón, el xenón y el helio), que tienden a no unirse con nada, a veces forman compuestos. El hidruro de argón, ArH+, no existe de forma natural 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, es posible tener cinco. 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 con la que tienen que lidiar los científicos es si el compuesto que quieren sólo puede existir en el espacio o en ambientes extremos. Piensa en el inmenso calor y presión que se encuentran en los respiraderos hidrotermales, que 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 pasan 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 impedía el crecimiento de bacterias.
Más de una década después, en 1939, Howard Florey descubrió cómo cultivar penicilina en cantidades útiles, todavía utilizando moho. Pero a Dorothy Crowfoot Hodgkin le llevó aún más tiempo, hasta 1945, 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 eres alérgico a la penicilina y necesitas un antibiótico alternativo, debes agradecerle 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 la misma técnica de resonancia magnética que utilizan los hospitales para diagnosticar enfermedades también se puede utilizar con compuestos químicos para determinar 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 la 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.
Fuente: The Conversation.
