Главная
Нерешенные проблемы химии: Проблемы химии. Пять нерешенных проблем науки

Нерешенные проблемы химии: Проблемы химии. Пять нерешенных проблем науки

Проблемы химии. Пять нерешенных проблем науки

Проблемы химии. Пять нерешенных проблем науки

ВикиЧтение

Пять нерешенных проблем науки
Уиггинс Артур

Содержание

Проблемы химии

Как состав молекулы определяет ее облик?

Знание орбитального строения атомов в простых молекулах позволяет довольно легко определить внешний вид молекулы. Однако теоретические исследования облика сложных молекул, особенно биологически важных, пока не проводились. Один из аспектов данной проблемы — укладка белков, рассматриваемая в Списке идей, 8.

Каковы химические процессы при раке?

Биологические факторы вроде наследственности и внешней среды, вероятно, играют большую роль в развитии рака. Зная происходящие в раковых клетках химические реакции, возможно, удастся создать молекулы для прерывания этих реакций и выработки у клеток сопротивляемости раку.

Как молекулы обеспечивают связь в живых клетках?

Для оповещения в клетках задействуются молекулы нужной формы, когда через «подгонку» в виде комплиментарности и происходит передача сообщения. Белковые молекулы наиболее важны, так что вид их укладки и определяет их облик [конформацию]. Поэтому более глубокое знание белковой укладки поможет решить вопрос со связью.

Где на молекулярном уровне задается старение клетки?

Другая биохимическая проблема старения, возможно, связана с ДНК и белками, занятыми «починкой» ДНК, которая урезается в ходе неоднократной репликации (см.: Список идей, 9. Генетические технологии).

Новые проблемы космологии

Новые проблемы космологии Вернемся к парадоксам нерелятивистской космологии. Вспомним, что причина гравитационного парадокса в том, что для однозначного определения гравитационного воздействия либо недостаточно уравнений, либо нет возможности корректно задать

Нерешенные проблемы

Нерешенные проблемы Теперь, уяснив, как наука вписывается в умственную деятельность человека и как она функционирует, можно видеть, что ее открытость позволяет различными путями идти к более полному постижению Вселенной.

Возникают новые явления, по поводу которых

Проблемы физики

Проблемы физики Какова природа света?Свет в некоторых случаях ведет себя подобно волне, а во многих других — сродни частице. Спрашивается: что же он такое? Ни то, ни другое. Частица и волна — лишь упрощенное представление о поведении света. На самом же деле свет не частица

Проблемы биологии

Проблемы биологии Как развивается целый организм из одной оплодотворенной яйцеклетки?На данный вопрос, похоже, удастся ответить, как только будет решена главная задача из гл. 4: каково устроение и предназначение протеома? Конечно, каждому организму свойственны свои

Проблемы геологии

Проблемы геологии Что вызывает большие перемены в климате Земли наподобие повсеместного потепления и ледниковых периодов?Ледниковые периоды, свойственные Земле последние 35 млн. лет, наступали примерно каждые 100 тыс. лет. Ледники надвигаются и отступают по всему

Проблемы астрономии

Проблемы астрономии Одиноки ли мы во Вселенной?Несмотря на отсутствие каких-либо экспериментальных свидетельств существования внеземной жизни, теорий на этот счет хватает с избытком, как и попыток обнаружить весточки от далеких цивилизаций.Как эволюционируют

Глава шестая Опыты по химии

Глава шестая Опыты по химии Мы уже не раз говорили о водороде. В этой главе, специально посвященной химии, поговорим об этом газе подробнее.Если вы захотите делать химические опыты, запаситесь приборами. Все, что нужно для начала, — это несколько стеклянных трубок, 2–3

5. Проблемы релятивистской астронавигации

5.  Проблемы релятивистской астронавигации Одним из самых противных испытаний, которым подвергается летчик, а сейчас космонавт, как это показывают в кино, является карусель. Мы, летчики недавнего прошлого, в свое время называли ее «вертушкой» или «сепаратором». Тех, кто не

1.2. Астрономический аспект проблемы АКО

1.2. Астрономический аспект проблемы АКО Вопрос об оценках значимости астероидно-кометной опасности связан, в первую очередь, с нашим знанием о населенности Солнечной системы малыми телами, особенно теми, что могут столкнуться с Землей. Такие знания дает астрономия.

Теоретические проблемы

Теоретические проблемы Вставка из Википедии.Psychedelic — август 2013Ниже приведён список нерешённых проблем современной физики. Некоторые из этих проблем носят теоретический характер, что означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые

ГЛАВА 14 РЕШЕНИЕ В ПОИСКЕ ПРОБЛЕМЫ ИЛИ МНОГИЕ ПРОБЛЕМЫ С ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ РЕШЕНИЕМ? ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ

ГЛАВА 14 РЕШЕНИЕ В ПОИСКЕ ПРОБЛЕМЫ ИЛИ МНОГИЕ ПРОБЛЕМЫ С ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ РЕШЕНИЕМ? ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ В 1898 г.

г. Уэллс вообразил в своей книге «Война миров» захват Земли марсианами, которые использовали лучи смерти, способные без труда проходить через кирпичи, сжигать леса, и

Глава 9. Проблемы унификации

Глава 9. Проблемы унификации В 1947 году только что окончивший аспирантуру Брайс Девитт встретился с Вольфгангом Паули и рассказал, что работает над квантованием гравитационного поля. Девитт не понимал, почему две великие концепции XX века — квантовая физика и общая теория

Нерешённые проблемы химии | это… Что такое Нерешённые проблемы химии?

К нерешенным проблемам химии чаще всего отноятся вопросы типа: «Можно ли создать химическое соединение Х», «Можно ли его разложить?», «Можно ли очистить его от примесей?» и т. д. Подобные проблемы обычно решаются достаточно быстро. Однако существуют ряд куда более сложных вопросов и проблем в химии, многие из которых до сих пор не были решены и являются областью активного исследования. В химии проблема считается нерешенной, если эксперт в этой области считает проблему нерешенной, либо если несколько экспертов расходятся во мнениях по поводу её решения. В данной статье приводится список таких проблем.

Содержание

  • 1 Проблемы органической химии
  • 2 Проблемы биохимии
  • 3 Проблемы физической химии
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки

Проблемы органической химии

  • Сольволиз норборнильного катиона: Почему норборнильный катион так устойчив? Является ли симметричным? Если да, то почему? Для незамещаемого норборнильного катиона ответы на все поставленные вопросы уже были найдены. Ситуация с замещаемым катионом остается неясной.
  • В водных реакциях: Почему некоторые органические реакции ускоряются на водно-органических поверхностях?
    [1]
  • Каково происхождение барьера вращения соединения в этане, стерической помехе или гиперсоединении?
  • Каково происхождение альфа-эффекта? Нуклеофилы с электроотрицательным атомом или же одна и более одиночных пар, смежных нуклеофильному центру, особенно реактивны.
  • Многие механизмы, предложенные для каталитических процессов, с трудом поддаются пониманию и зачастую не объясняют природу всех сопровождающих явлений.

Проблемы биохимии

  • «Лучше, чем идеальные» энзимы: Почему некоторые энзимы проявляют кинетику со скоростью выше, чем при диффузии?[2] См. Кинетика энзимов.
  • Каково происхождение гомохиральности в аминокислотах и сахарах?
  • Фолдинг белка: Можно ли предсказать вторичную, третичную или же четвертичную структуру полипептидной цепи, основываясь только на информации о последовательности полипептидов и условиях среды? Обратная сторона вопроса: Является ли возможным спроектировать полипептидный ряд, который примет данную структуру при определенных условиях среды?[3][4]
  • Фолдинг РНК: Можно ли в точности предсказать вторичную, третичную или же четвертичную структуру полирибонуклеиновой кислоты, основываясь на первичной последовательности и условиях среды?
  • Химическая картина происхождения Жизни: Как неживые химические соединения образовали сложные, самовоспроизводящиеся формы жизни?

Проблемы физической химии

  • Что представляет собой электронная структура высокотемпературных сверхпроводников в различных точках фазовой диаграммы? Можно ли довести переходную температуру до комнатной температуры? См. Сверхпроводимость.
  • Ионная сверхпроводимость электролитов или сверхпроводимость второго рода. Теоретически предсказанная, но ни разу не наблюдавшаяся.
  • Фейнманиум: Что будет происходить с химическим элементом, атомная масса которого окажется выше 137, вследствие чего 1s-электрону придется двигаться со скоростью, превышающей скорость света? Является ли «Фейнманиум» последним химическим элементом, способным существовать физически? Проблема может проявиться приблизительно на 173 элементе, где расширение дистрибуции заряда ядра достигает финальной точки. Смотрите статью Extension of the periodic table beyond the seventh period и секцию Relativistic effects of Atomic orbital.
  • Как можно наиболее эффективно преобразовать электромагнитную энергию (фотоны) в химическую? (Например, путем расщепления воды на водород и кислород, используя солнечную энергию)[5][6]
  • Какова природа связей в гипервалентных молекулах?
  • Возможно ли создание Единой теории катализа (ЕТК)?
  • Структура воды: По данным Science Magazine (2005), одной из 100 главных нерешенных проблем науки явялется вопрос о том, как одни молекулы воды формируют водородные связи с другими своими соседями там, где их много. [3] См. Водный кластер.
  • Какой процесс создает септарию в септарных узлах?

См. также

  • Нерешенные проблемы науки

Примечания

  1. ↑ Unique Reactivity of Organic Compounds in Aqueous Suspension Sridhar Narayan, John Muldoon, M. G. Finn, Valery V. Fokin, Hartmuth C. Kolb, K. Barry Sharpless Angew. Chem. Int. Ed. 21/2005 p 3157
  2. ↑ Hsieh M, Brenowitz M (August 1997). «Comparison of the DNA association kinetics of the Lac repressor tetramer, its dimeric mutant LacIadi, and the native dimeric Gal repressor». J. Biol. Chem. 272 (35): 22092–6. DOI:10.1074/jbc.272.35.22092. PMID 9268351.
  3. ↑ 1 2 (July 2005) «So much more to know». Science 309 (5731): 78–102. DOI:10.1126/science.309.5731.78b. PMID 15994524.
  4. ↑ MIT OpenCourseWare 7.88J / 5.48J / 7.24J / 10.543J Protein Folding Problem, Fall 2003 Lecture Notes – 1 (2003). (недоступная ссылка — история)
  5. ↑ Duffie John A. Solar Engineering of Thermal Processes. — Wiley-Interscience. — P. 928. — ISBN 978-0471698678
  6. ↑ Brabec Christoph Organic Photovoltaics: Concepts and Realization. — Springer. — P. 300. — ISBN 978-3540004059

Ссылки

  • 10 problems for Chemistry in the 21st Century — French Chemical Society
  • (1 July 2005) «First 25 of 125 big questions that face scientific inquiry over the next quarter-century». Science 309 (125th Anniversary).
  • (July 2005) «So much more to know — Next 100 of 125 big questions that face scientific inquiry over the next quarter-century». Science 309 (5731): 78–102. DOI:10.1126/science.309.5731.78b. PMID 15994524.
  • Unsolved Problems in Nanotechnology: Chemical Processing by Self-Assembly — Matthew Tirrell — Departments of Chemical Engineering and Materials, Materials Research Laboratory, California NanoSystems Institute, University of California, Santa Barbara

Нерешенные задачи по химии

Первоначально опубликовано 23. 10.2011

Метки: химия

Обязательная оговорка: все мнения принадлежат мне, а не моему работодателю

(Обновление: немного и добавлены дополнительные ссылки, но в списке ничего принципиально не изменилось.Одна новая область, которая меня очень волнует в 2019 году, — это аппроксимации нейронных сетей для предсказания химических свойств.)

Поиск в Google по запросу «нерешенные проблемы по химии» дает скудные результаты. Статья в Википедии не вдохновляет, и есть много предположений от профессоров и аспирантов о том, что их личные исследования являются важным нерешенным вопросом в химии. Если бы я был молодым студентом, эти списки не помогли бы мне убедить меня заняться химией.

Вот мой взгляд на то, как должен выглядеть этот список.

Нерешенные задачи по химии:

  1. Происхождение жизни / Абиогенез. ‘Достаточно.
    • Гомохиральность: почему L-аминокислоты и D-сахара так преобладают в биологическом мире и как это произошло? В этой проблеме достигнут гораздо больший прогресс, чем в других проблемах, связанных с абиогенезом (см. исследование Вьедмы и Блэкмонда по хиральной амплификации). Суть в том, что как только создается небольшое энантиомерное смещение, скорее всего, из-за статистических флуктуаций, тогда существуют процессы, которые могут усилить это начальное смещение до гомохиральности.
    • Химия пребиотических сахаров: как появились сахара в пребиотическом мире? Поскольку молекулы РНК содержат сахара, ответ на этот вопрос является предпосылкой гипотезы мира РНК. Формозная реакция, которая поглощает формальдегид и выделяет сахара, кажется нашим ведущим кандидатом здесь, хотя полученная сложная смесь сахаров содержит почти все сахара, которые вы только можете себе представить, а затем и некоторые из них.
    • Химия пребиотических липидов: как возникли первые компартменты? Какова химическая природа первых мицелло-липидных бислоев?
    • Молекулярная палеонтология: исследование биохимических остатков самых ранних форм жизни. Традиционно люди думают о физических останках, но я думаю, что интереснее копаться в намеках на то, как возникли биохимические системы. Например, код аминокислоты часто избыточен в третьем основании: например. Коды TC* для серина, независимо от идентичности третьего основания. Вероятно, это намек на что-то . И, по-видимому, фрагменты РНК присутствуют во всех основных биохимических процессах; АТФ буквально является нуклеотидом РНК. Обилие РНК в основных процессах приводит к гипотезе мира РНК: идее о том, что современная жизнь происходит от «мира РНК», в котором РНК выполняла несколько ролей, которые теперь занимают белки и ДНК. 9{-6}\) метровый диапазон.
  2. Лучшие приближения к уравнению Шредингера/Дирака. Вся химия по существу возникает из квантовой механики. Если бы мы могли решать эти уравнения быстрее и точнее, мы могли бы расширить набор химических симуляций, которые мы можем запускать на компьютере. Теория функционала плотности стала прорывом, позволившим значительно ускорить вычисления. Но сегодня большинство практикующих химиков игнорируют свойства, полученные с помощью вычислений, потому что свойства, которые они вычисляют, либо неинтересны, либо не учитывают важные эффекты, такие как молекулы растворителя.
    • Сворачивание белков в настоящее время является активной областью исследований.
    • У нас до сих пор нет способа точно смоделировать большое количество молекул растворителя, и большинство наших расчетов выполняется в нереалистичных условиях газовой фазы. (Газовая фаза — хороший способ сказать: «Давайте представим, что эта молекула ни с чем не взаимодействует».)
  3. Энергия, устойчивая жизнь. Ресурсы в целом. Можем ли мы избавиться от всякой зависимости от ограниченных ресурсов и переделать нашу цивилизацию, чтобы она работала в устойчивом режиме, используя только солнечную энергию в качестве источника энергии? Фосфаты, гелий, нефть — все это ограниченные ресурсы, которые станут очень дефицитными в течение нашей жизни. Существуют и другие долгосрочные ограниченные ресурсы.
    • Дешевая и эффективная солнечная фотогальваника.
    • Технология накопления энергии для сглаживания колебаний в производстве и спросе на энергию.
    • Эффективное извлечение солей из морской воды (возможное решение проблемы нехватки фосфатов и лития).

Четыре нерешенных проблемы | Chem 201 Archive – Alan Shusterman

(первоначальная версия опубликована 20 августа 2008 г.)

Как только вы привыкнете к ним, вы можете обнаружить, что задачи
в вашем учебнике имеют игровое качество. Если вы сделаете правильный умственный
«ходы», вы почти всегда решите проблему. Это хороший способ
начать думать об органической химии, но не очень реалистичный.
Современные химики-органики проводят большую часть своего времени, работая над проблемами, которые не могут быть решены только правильными действиями. Эти проблемы являются как научными, так и технологическими, и если мы когда-нибудь решим их, мы изменим то, как мыслит и живет весь мир.

Следующие нерешенные задачи (вернее, «незавершенные
задач») — это четыре пункта, которые мне кажутся действительно важными. Другие
химики обязательно и согласятся, и
не согласятся, и если вы хотите повеселиться,
настроив химика (а также узнать что-то в процессе), спросите его/ее, какие четыре
самые важные нерешенные проблемы. Может быть, у вас уже есть собственные идеи для
? Если вы это сделаете, опубликуйте их в качестве комментария.

1. Откройте для себя новые молекулы. Каждый живой организм — это
химический завод, производящий соединения для топлива, строительства, отходов,
связь, вы называете это. «Натуральные продукты» — это раздел органической химии
, посвященный открытию новых природных соединений
. Было много заголовков об ускоряющейся утрате биоразнообразия
, но есть и второй момент, который не менее важен: каждый раз, когда
мы теряем организм, мы теряем весь набор химических веществ, уникальных для этого организма.
Какой-нибудь удачливый химик может случайно получить одно или два из этих соединений в какой-нибудь лаборатории
, но возможность увидеть, что эти соединения делают в своем естественном
среда обитания будет потеряна.

2. Создавайте новые молекулы. Химики-«синтетики»
создали более 10 миллионов органических соединений в прошлом веке. Каким бы впечатляющим ни было это число
, это всего лишь малая часть того, что возможно. Единственный способ
действительно узнать, что возможно (и на что это может быть похоже),
— создать что-то новое и изучить это. Издание Крама и Хаммонда 1964 года, популярного учебника
того периода, содержало 29 рисунков неизвестных органических молекул внутри 9.обложка 0069. Шесть лет спустя следующее издание разделило их на «
синтезированных после 1964 года» (15 молекул) и «еще не синтезированных» (14 молекул).
Конечно, создание новых соединений — это больше, чем интеллектуальное упражнение.
Химики-синтетики также пытаются открыть соединения, которые могут решить настоящие проблемы
: лекарства, легкие электронные устройства, преобразователи солнечной энергии,
и так далее.

3. Научитесь создавать молекулы, которые «благотворны по замыслу» .
Эти слова описывают одну из фундаментальных целей «зеленой» химии:
создание соединений, которые по своей природе безопасны для использования и выбрасывания. Биологические организмы
являются экспертами в зеленой химии. Они полагаются на биоразлагаемые вещества,
называемые ферментами, для ускорения и контроля химических реакций, они выполняют свою работу
при комнатной температуре или близкой к ней, и они полагаются на легкодоступное сырье: солнечный свет, углекислый газ, воду и некоторые другие элементы. Традиционная синтетика
химиков, с другой стороны, в основном интересовал окончательный состав,
, безопасность которого, особенно безопасность «ниже по течению», отошла на второй план. Еще одной важной целью «зеленой» химии является устойчивое химическое производство. Биологические организмы
полагаются на возобновляемые ресурсы. Химические производители в основном полагались на нефть. По мере того, как мы узнаем больше о важности химических опасностей
и ограниченных ресурсов, нам нужны химики, чтобы перепроектировать химическую технологию из
.сверху вниз, а новые технологии требуют новых научных открытий.

4. Разработать надежную молекулярную теорию химических и физических
явлений , особенно взаимосвязей молекулярной структуры и свойств. Изучая органическую
химию, вы обнаружите, что химики (особенно учителя химии ) более чем готовы дать
объяснения всевозможным химическим явлениям. Однако, если вы копнете
немного глубже, вы обнаружите, что многие из наших стандартных объяснений оказываются
быть историями типа «просто так», удобным способом совместить некоторые факты, и
не являются ни полными, ни даже правдивыми. Мы полагаемся на очень «незрелые» теории для объяснения химических и физических явлений.

Один из простых способов
выделить эти недостатки — попросить химика разработать вещество с определенным желаемым свойством или которое может выполнять определенную функцию. Вы могли бы, скажем, попросить химика разработать биоразлагаемое органическое соединение
, которое проводит электричество так же эффективно, как
медь.

Оставить комментарий