元素周期表尚未开发的潜力将使化学在未来几年保持兴奋

当我还是个男孩的时候,我第一次爱上了化学,元素周期表以它无限的可能性让我兴奋不已。今天,它仍然如此。

随着2019年的结束,我们也即将结束全球长达一年的150周年庆祝活动th门捷列夫发明元素周期表的纪念日我很喜欢阅读许多纪念专题,包括我自己同事的故事。我也很享受这个场合引发的对我自己作为一名科学家的发展的反思。

作为一个化学家的儿子,元素周期表在我生命中的地位几乎和字母表一样长。在中学,我学习化学符号和元素的原子序数,就像其他孩子学习州首府或棒球统计数据一样。我从来没有掌握过按照吉尔伯特和沙利文的曲调演唱这些元素的艺术,但我仍然从中得到乐趣汤姆·莱勒的表演今天。

我父亲是化学家,这意味着我们家有很多很酷的杂志,包括科学化学工程新闻。每周都有新的科技发现让我着迷。当然,我读到的大部分内容我都不懂,但这足以激发我的想象力。我特别记得杂志封面吸引我的方式。那时候,电子显微镜很流行,而且科学封面上经常有显微照片——你在其他任何地方都看不到的照片。每到一期新杂志,我都会细细品味图片,然后往里面看,寻找我所看到的解释。仅此一点就足以让我的大脑运转起来,激发我对科学的热爱。

像许多成长于20世纪60年代初的孩子一样,我在家里有一套化学玩具可以玩。在1969年《玩具安全法》通过和1972年消费者产品安全委员会成立之前,玩具化学套装包含的成分比今天允许的多得多。(信不信由你,一些20世纪50年代的化学试剂盒含有放射性矿石和盖革计数器!)我记得当时对酒精燃烧器特别兴奋。作为一个典型的青春期前男孩,我最感兴趣的是能产生凉火或散发恶臭的东西。我记得有一次用硫做的实验,给我和我母亲留下了深刻的印象。

更令人兴奋的是周末有机会和爸爸在他的实验室里做实验。在我脑海中最突出的是一个关于如何种植晶体的项目。我们使用了很多典型的化学设备,当你还是个孩子的时候,这些设备看起来特别酷,比如刻度圆柱体、烧杯和热板。这个实验也向我展示了材料如何转化为新的东西——这是康宁今天工作的一个组成部分。

多亏了这些实验,当我在五年级或六年级正式学习元素周期表时,我已经有了几个元素的实际经验。我还记得我是多么的兴奋,那些元素的数量之多,以及我甚至无法想象的相互作用的潜力。我还惊叹于每一种元素,尽管有近邻,却都是独一无二的——这一事实至今仍令我惊叹不已。

在高中和大学期间,我扩大了我的化学词汇量,并且——在短暂地把生物学作为专业后——我意识到化学是我真正的激情所在。我对门捷列夫元素周期表作为现代化学研究的开端的重要性有了更深刻的认识,而不是以前那种偶然的、经常是武断的炼金术。他准确地预测了一些尚未发现的元素,这也让我感到敬畏。

有一段时间,我发现新元素的发现非常令人兴奋。事实上,直到103年理查德·道金斯元素左右,这一事件曾经是科学界的国际事件和头版新闻。当然,今天,从理论的角度来看,这样的发展仍然很有趣,但新元素的发现不再是革命性的,因为它们总是放射性的,寿命很短,而且/或极其有限的可用性。对我来说,真正令人兴奋的是我们现有工具集的丰富性和未开发的潜力。

作为一个从事化学工作40多年的人,我着迷于从简单的元素中不断创造突破性创新的能力。例如,康宁最近开发了一种革命性的方法来制造氧化铝,它只是铝和氧——元素周期表上最常见的两种材料。我们利用材料创新开发了一种超薄、柔性的陶瓷带,用于led、电力电子和射频(RF)应用。这是一个很好的例子,说明我们如何使用一种一直存在的材料来创造一套新的、独特的属性。

玻璃甚至比陶瓷用途更广。正如我的同事所指出的,是它在元素周期表上的朋友们非常亲切的合作伙伴,我们可以利用它来生产几乎无限的具有独特属性的玻璃成分。这种组合往往违背了当时的传统智慧。例如,尽管硼硅酸盐玻璃在今天相当普遍,但在18世纪th在20世纪,在玻璃中加入硼的想法会被认为是荒谬的。最近,我们用金属创造了意想不到的特性。今天,康宁的科学家们继续探索元素的新组合,包括利用元素周期表中一些更奇特的部分。虽然这种可能性令人兴奋,但我们并不需要冒险进入元素周期表的狂野西部来创造突破性的创新。当人们问我对什么食材感兴趣时,他们通常会对我卑微的选择感到惊讶。例如,在玻璃形成过程中很少用到的一种元素是氮,它在元素周期表上很早就出现了。我一直很好奇,同时含有氮和氧的眼镜能走多远。

我现在推测这些可能性还为时过早,但关键的结论是:即使使用常见和简单的成分,科学家们也会继续创造突破性的创新,并推动可能性的界限。而且,当我们采用人工智能等新方法来增强我们的思维时,我们比以往任何时候都更加依赖于我们对元素之间的属性和关系的现有知识。因此,门捷列夫的工作是永远相关的。就我个人而言,如果我们从未发现另一种元素,我就心满意足了。我们有足够的积木让我们永远保持灵感和创新。


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