元素周期表尚未开发的潜力将在未来几年保持化学令人兴奋

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当我还是个男孩的时候,第一次爱上化学,元素周期表以其无限的可能性让我兴奋。今天,它仍然是。

随着 2019 的结束,我们也来到了长达一年的 150 庆祝活动的终点Th德米特里 · 门捷列夫周期表发展周年纪念日。我喜欢阅读许多纪念特写,包括我自己同事的故事。作为一名科学家,我也很享受这个场合对我自己发展的反思。

作为化学家的儿子,元素周期表几乎和字母表一样是我生活的一部分。在中学,我像其他孩子学习州府或棒球统计一样学习元素的化学符号和原子序数。我从未掌握过按照吉尔伯特和沙利文的曲调演唱元素的艺术,但我仍然从中获得乐趣汤姆 · 莱勒的表演今天。

和一个父亲的化学家一起长大意味着我们家里有一些非常酷的杂志,包括科学化学工程新闻。每周都有新的科学和技术发现令我着迷。当然,我读的大部分内容都不懂,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。在那些日子里,电子显微镜风靡一时,科学封面上经常有你在其他地方看不到的显微照片。当每一个新的问题到来时,我会品味图像,然后在里面寻找我所看到的解释。仅此一点就足以让我的大脑旋转,并激发我对科学的热爱。

像许多在 1960年早期长大的孩子一样,我在家里有一套可以玩的化学装置。在 1969年玩具安全法通过和 1972年消费品安全委员会成立之前,玩具化学装置包含的成分比现在允许的多得多。(信不信由你,一些的化学试剂盒含有放射性矿石和盖革计数器!) 我记得我对酒精燃烧器特别兴奋。作为一个典型的青春期前男孩,我最感兴趣的是会产生冷火或发出恶臭的东西。我想起了一个关于硫磺的实验,它给我和我的母亲留下了深刻的印象。

更令人兴奋的是周末有机会和我爸爸在他的实验室做实验。一个在我脑海中突出的项目是如何生长晶体。我们使用了许多典型的化学设备,当你还是个孩子的时候,这些设备看起来特别酷,比如量筒、烧杯和热板。那个实验也向我展示了材料是如何转化来创造新的东西的 -- 这是康宁今天工作的一个组成部分。

多亏了这些实验,当我在五或六年级正式研究元素周期表时,我已经有了一些元素的实践经验。我记得我是多么兴奋,因为元素的数量之多,以及我甚至无法想象的互动潜力。我也惊叹于这样的知识,每一个元素,尽管有亲密的邻居,是真正独特的 -- 一个我今天继续惊叹的事实。

在高中和大学期间,我扩大了我的化学词汇量,并且 -- 在短暂地与生物专业调情之后 -- 我意识到化学是我真正的爱好。我对门捷列夫的周期表作为现代化学研究的开端的重要性有了更多的欣赏,这与以前偶然的、经常是任意的炼金术相比。我也对他预测一些尚未发现的元素的准确性感到敬畏。

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 103Rd大概是这样,这个事件曾经是科学界的国际事件和头版新闻。当然,今天,从理论角度来看,这种发展仍然很有趣,但是新元素的发现不再是革命性的, 因为它们总是具有短寿命的放射性和/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。

作为一个已经练习化学四十多年的人,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制造氧化铝的革命性方法,氧化铝只是铝和氧 -- 元素周期表上最常见的两种材料。我们利用这种材料创新开发了一种超薄、灵活的陶瓷带,用于发光二极管、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永远存在的材料来创造一套新的、独特的属性。

玻璃甚至比陶瓷更通用。正如我的同事所指出的,他是一个非常亲切的合作者,他的朋友们在元素周期表上,我们可以利用它来生产几乎无限的具有独特属性的玻璃组合物。这些组合经常违背当时的传统智慧。例如,尽管硼硅酸盐玻璃在今天相当普遍,但在 18Th世纪以来,向玻璃中添加硼的概念被认为是荒谬的。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,包括挖掘元素周期表中一些更具异国情调的部分。虽然这种可能性令人兴奋,但事实上,我们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。当人们问我对什么成分很好奇时,他们经常会对我卑微的选择感到惊讶。例如,一种在玻璃形成中使用不多的元素是氮,它很早就出现在元素周期表上。我一直很好奇我们用含氮和氧气的眼镜能走多远。

对我来说,现在推测这些可能性还为时过早,但关键的收获是: 即使有普通和简单的成分,科学家们仍在继续创造突破性的创新,并突破可能性的界限。而且,当我们使用新的方法,如人工智能来增强我们的思维时,我们比以往任何时候都更加依赖我们现有的关于元素之间的属性和关系的知识。因此,门捷列夫的工作永远是相关的。就我自己而言,如果我们从未发现另一种元素,我会非常满意。我们有足够多的积木来让我们永远受到启发和创新。


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