只有1%的化学物质被人类发现。通过合并元素，能生成多少新物质？

据科学家们测算，宇宙中充斥着数十亿种化学物质，到目前为止，这些化学物质中只有约1%被人类发现，可以说我们只是在这个巨大宇宙宝库的表面上划了一条“划痕”。在广阔的化学领域，有无数的化合物等待着发现。未发现的化学化合物可以帮助消除温室气体，或者像青霉素一样引发医学突破，从而推动人类社会进入一个新时代。

发现新元素越来越难

自从俄罗斯化学家门捷列夫1869年发明了元素周期表，相当于打开了一个化学家的“乐高”盒子，科学家们其实一直在发现有助于定义现代世界的化学物质。但是，随着原子序数的增加，越往后新元素发现的难度就越大，2010年科学家们利用核聚变（以光速相互发射原子）的方式，制造出了迄今为止元素周期表中的最后几个元素，不过一直到现在，也没有新的进展。

如果要了解化学宇宙的全部规模，我们还需要了解一下什么是化合物。当然，有些是自然产生的，比如水是由氢和氧组成的。而其他很多材料，比如尼龙，是在实验室的相应实验中发现并在工厂生产的。

元素是由一种原子构成的，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。虽然有可能还有未发现的元素有待发现，但从目前人类的科学技术来看，难度会越来越大，可能性会越来越小。那么，有一个疑问，如果用我们目前已知的118种不同元素的乐高积木，我们能合成多少化合物？

这是一个大数字

我们可以从制造所有的双原子化合物开始。比如：N2（氮）和O2（氧）一起构成了我们空气的99%。化学家可能需要大约一年的时间才能合成一种化合物，理论上有6903种双原子化合物。

大约有160万种像H这样的三原子化合物H₂0（水）和C0₂ （二氧化碳）。一旦我们得到了四原子和五原子化合物，我们就需要地球上的每个人分别制造三种化合物。为了制造所有这些化合物，我们还需要多次回收宇宙中的所有物质。

当然，这是一种简化。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年制造拥有近300万个原子。虽然我们还不确定它的作用，但类似的化合物被用来保护人体内的抗癌药物，直到它们到达正确的位置。

并不是所有的组合都能形成化合物

比较典型的是宇宙物质的“孤独者”-惰性气体（包括氖、氩、氙和氦），它们通常不与任何物质结合，但在特定的条件下有时会形成化合物。例如氢化氩（ArH）在地球上并非天然存在，但已在太空中发现。科学家已经能够在实验室中制造出模拟深空条件的合成版本。因此，如果我们在计算中考虑到极端环境，可能发现的化合物数量就会增加。

碳通常喜欢附着在其他一到四个原子之间，但偶尔会在短时间内，五个是可能的想象一辆最大容量为四辆的公共汽车。公共汽车在车站，人们上下车；当人们移动时，简单地说，公交车上实际上可以有四个人以上。

一些化学家用他们的整个职业生涯，试图制造出根据化学规则中本不应该存在的化合物。有时他们是成功的。然而，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，想想在热液喷口发现的巨大热量和压力，热液喷泉就像间歇泉，但却位于海底，宇宙中有多少极端的环境、到底是什么样的极端环境，我们目前还不得而知。

科学家们发现新物质的途径

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作改变，比如通过添加、删除或交换一些原子。另一种方法是进行已知的化学反应并使用新的起始材料。

那么，科学家们到底是如何寻找真正新的未知化学物质的呢?

化学家了解新化合物的一种方法是观察自然界。1928年，亚历山大·弗莱明观察到培养皿中的霉菌阻止了细菌的生长，青霉素就是这样被发现的。

十多年后的1939年，霍华德·弗洛里研究了如何利用霉菌培养出有用数量的青霉素。但这花了更长的时间，直到1945年霍奇金鉴定青霉素的化学结构。

这一点很重要，因为青霉素的结构部分包含排列成正方形的原子，这是一种罕见的化学排列，很少有化学家会猜测，而且很难制作。了解青霉素的结构意味着我们知道它是什么样子，并可以寻找它的化学表亲。如果你对青霉素过敏，需要一种替代抗生素，那就要感谢克劳福特·霍奇金。

现在，确定新化合物的结构要容易得多。克劳富特·霍奇金在鉴定青霉素结构的过程中发明的X射线技术，仍然在世界范围内用于研究化合物。医院用来诊断疾病的MRI技术也可以用于化学化合物，以确定其结构。

但是，即使化学家猜测出一种与地球上已知的任何化合物都不相关的全新结构，他们仍然必须制造它，这是最困难的部分。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，也不能告诉你制造它需要什么条件。

对于许多有用的化合物，如青霉素，从霉菌、植物或昆虫中“生长”和提取它们更容易、更便宜。因此，寻找新化学的科学家们仍然经常在我们周围的最微小的角落寻找灵感。