В ходе лекции в ProScience Театре химик и кристаллограф Артем Оганов рассказал о перспективах современной химии. Многие думают, что химия уже сделала свое дело и изучена вдоль и поперек. Но на самом деле эта наука может преподнести немало сюрпризов. “Запрещенная” химия, упомянутая Артемом Оганов названии лекции, включает явления, которая не укладывается в обычные представления о химической связи и строении вещества. Неизвестные ранее явления в строении вещества возникают в экстремальных условиях, например, при необычно больших значениях какого-либо параметра: давления, магнитного поля, электрического поля. В этих нестандартных условиях законы классической химии нарушаются.
Тем не менее, нельзя сказать, что, например, сверхвысокие давления являются редкостью. Большая часть вещества во Вселенной находится именно под сверхвысоким давлением. Значит о структуре и свойствах таких веществ мы знаем очень мало. Порой свойства веществ меняются кардинально. При 100 гигапаскалях, например, кислород становится сверхпроводником. Электронные орбитали s и p теряют свои различия, элементы начинают проявлять металлические свойства. А вот натрий оказывается прозрачным неметаллом. Для этого нужно давление в два-три миллиона атмосфер. Фактически атом натрия превращается в ионное соединение, в котором катионом служит атомное ядро натрия, а анионом "сгусток" его электронной оболочки. Превращение металла натрия в прозрачный неметалл сначала было предсказано методами компьютерной химии, а потом проверено экспериментально.
Такие вещества труднодоступны для экспериментального изучения, поэтому исследователи хотят научиться предсказывать их структуру методом компьютерного моделирования. Но до последних лет такая задача считалась нерешаемой, так как требовала перебора очень большого числа вариантов.Но с помощью эволюционного алгоритма и основанной на нем программы «USPEX» теперь ученые могут представить себе структуру тех веществ, которых они еще не видели. Эволюционный алгоритм позволяет сузить дерево перебора вариантов и делает решение возможным.
Благодаря компьютерному алгоритму удалось открыть некоторые соединения, которые по разным причинам не замечали химики. И подобных соединений ожидается еще много. По оценке ученых, из стабильных веществ, состоящих из атомов двух элементов, сейчас известно только около половины, а из веществ, которые состоят из атомов трех элементов, открыто только около одного процента.
