WikiSort.ru - Не сортированное

Химия исследует явления на характерных расстояниях от десятых долей до нескольких нанометров. Будучи зажата в эти узкие рамки, химия бедна проблемами. Современная химия была создана в 19 веке. До 19 века не было подходящих методов анализа, так что прогресс был медленным. Бурное развитие физики подарило химии современные аналитические методы (ЯМР, MS, X-Ray). К началу 21 века проблем в химии практически не осталось. Вопрос "за сколько шагов и с каким выходом ты сваришь это соединение" НЕ является научным. Это вопрос химической технологии. Вопрос "предскажи выход такого-то соединения в таком-то синтезе" является научным, но, в целом, решенным. Предсказания разнятся незначительно и неопределенность в основном зависит от умений исполнителя (прольет или нет).

К нерешенным проблемам химии чаще всего относятся 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.

Проблемы органической химии (серьезных проблем больше нет: остались частные вопросы и доуточнения)

• Сольволиз норборнильного катиона: Почему норборнильный катион так устойчив? Является ли симметричным? Если да, то почему? Для незамещённого норборнильного катиона ответы на все поставленные вопросы уже были найдены. Ситуация с замещённым катионом остается неясной, но проблема является скучной и мелкой. См протонные губки.
• Каково происхождение барьера вращения вокруг связи в этане - стерические препятствия или гиперконъюгация (сверхсопряжение)? Вклад сверхсопряжения и стерических препятствий можно посчитать в Gaussian. Результат зависит от используемого метода (HF? B3LYP?) но отличия предсказаний минимальны.
• Каково происхождение альфа-эффекта? Нуклеофилы с электроотрицательным атомом или же одной и более неподеленной парой, смежной нуклеофильному центру, особенно реакционноспособны. Опять же, Gaussian позволяет непродвинутому пользователю провести расчёты. Результат будет чуть отличаться от метода к методу, но ничего выдающегося мы не увидим.
• В водных реакциях: Почему некоторые органические реакции ускоряются на водно-органических поверхностях?^[1] См гетерогенный катализ. Тонны книг были написаны по этой теме в 1950е. Также подойдут исследования по ферментативному катализу. Если кратко, то (а) фиксация молекул в конформации, подходящей для реакции (б) перераспределение электронной плотности, способствующее прохождению реакции.

Проблемы биохимии

• Химическая картина происхождения Жизни: Как неживые химические соединения образовали сложные, самовоспроизводящиеся формы жизни? Достойная проблема. Недавно была предложена новая модель (см пиритовый мир).
• «Лучше, чем идеальные» энзимы: Почему скорость реакций с некоторыми энзимами выше, чем скорость диффузии?^[2] См. Кинетика энзимов. (проблема в целом решена в 2000х)
• Каково происхождение гомохиральности в аминокислотах и сахарах? (См зарождение жизни)
• 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] Можно. I-TASSER, например, анализирует аминокислотную последовательность и находит белки с похожими последовательностями в базе данных. Изумительная точность предсказаний (т.е., когда они предсказали и опубликовали, а потом биохимики закристаллизовали и сделали РСА). Для расчетов нужны известные родственные последовательности, так что можно подобрать искусственный (и никому не интересный) контрпример, на котором расчет будет ошибочным.

• Фолдинг РНК: Можно ли в точности предсказать вторичную, третичную или же четвертичную структуру полирибонуклеиновой кислоты, основываясь на первичной последовательности и условиях среды? Как и с белками. Главная сложность - бедность данных по закристаллизованным и проанализированным РНК.

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. Это скорее физика.
• Ионная сверхпроводимость электролитов или сверхпроводимость второго рода. Теоретически предсказанная, но ни разу не наблюдавшаяся.
• Фейнманиум: Что будет происходить с химическим элементом, атомный номер которого окажется выше 137, вследствие чего 1s1-электрону придется двигаться со скоростью, превышающей скорость света (согласно модели атома Бора)? Является ли «Фейнманиум» последним химическим элементом, способным существовать физически? Проблема может проявиться приблизительно на 137 элементе, где расширение дистрибуции заряда ядра достигает финальной точки. Смотрите статью Расширенная периодическая таблица элементов и секцию Relativistic effects. Ответ надо искать в белых карликах и нейтронных звездах. Ведь нейтронная звезда - это, по сути, огромный атом.
• Как можно наиболее эффективно преобразовать электромагнитную энергию (фотоны) в химическую? (Например, путём расщепления воды на водород и кислород, используя солнечную энергию)^[5][6] Сугубо прикладная тема.
• Какова природа связей в гипервалентных молекулах? В целом решена. Квантово-механические модели точно предсказывают свойства этих соединений.
• Возможно ли создание Единой теории катализа (ЕТК)? Нет. Как и Единой Терапии Рака. В каждом конкретном случае вклады факторов разные.
• Структура воды: По данным Science Magazine (2005), одной из 100 главных нерешенных проблем науки является вопрос о том, как одни молекулы воды формируют водородные связи с другими своими соседями там, где их много.^[3] См. Водный кластер. Ситуация изменилась за последние 13 лет. QM-MM models with explicit solvent хорошо предсказывают ряд свойств воды. Например, дальний порядок (плотность вероятности найти соседнее ядро кислорода как функция расстояния до данной молекулы). Проблема в целом решена за счет использования более мощных компьютеров.
• Какой процесс создает септарию в септарных узлах?
• Возможно ли создать механизмы для любых каталитических процессов? Многие механизмы, предложенные для каталитических процессов, с трудом поддаются пониманию и зачастую не объясняют природу всех сопровождающих явлений. См "возможно ли найти все делители любых чисел". Для любого наперед заданного - да, возможно. Для всех сразу - нет, нельзя. Важно понимать, что катализ идет не по одному единственно верному пути. Нужно рассматривать ансамбли и аналог "фейнмановских интегралов по путям". Одну молекулу депротонировал гидроксид, другую - амин. Моделирование реакции одним из двух процессов будет неточна.
• Проблема теоретического расчёта процентного выхода продуктов в региоселективных реакциях (например, расчёт процентного содержания изомерных продуктов при хлорировании толуола). Решена с высокой степенью точности. Точность решения лимитирована точностью модели химика. Вот тот криворукий товарищ все прольет и получит выход 3%. А этот хитроумный химик взвесит недосушенный продукт и запишет 99% выход в лабораторном журнале. Потом досушит и снимет ЯМР, чтобы показать, что продукт чистый.
• Какими новыми способами можно искусственно синтезировать ядра химических элементов, не имеющих стабильных изотопов, а также какими методами можно получить высокую точность регистрации получаемых элементов с короткоживущими изотопами? Это скорее физика.
• Возможны ли широкое применение звукохимических реакций и сонолюминесценции в химической промышленности? К сожалению, да. Разделение клеточных компонентов производится с помощью ультразвука. Вредно для здоровья биохимиков, но кто же их (студентов) считает.
• Каковы теоретические методы расчёта pH кислот без проведения эксперимента? Возможно ли синтезировать самую сильную суперкислоту? pH кислот рассчитывают с помощью квантово-химических методов. На обучение обезьяны работе с Gaussian уходит от трех до пяти месяцев. Получить что-то существенно более сильное, чем HF*SbF5 вряд ли получится тупо потому что все системы с малым количеством компонентов (3-4 элемента в соединении) уже перепробовали, а лишние элементы будут только мешать. Создание суперкислоты на основе, допустим, белка представляется крайне маловероятным.

Примечания

Ссылки

• 10 problems for Chemistry in the 21st Century (недоступная ссылка) — French Chemical Society
• “First 25 of 125 big questions that face scientific inquiry over the next quarter-century”. Science. 309 (125th Anniversary). 1 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. July 2005. DOI:10.1126/science.309.5731.78b. PMID 15994524. Используется устаревший параметр |month= (справка)
• 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

Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь улучшить эту статью, исправив в ней ошибки. Оригинал на английском языке — List of unsolved problems in chemistry. Эта отметка стоит на статье с 8 октября 2011 года.