Što predstoji | priroda

Što predstoji | priroda

Anonim

teme

  • Kemija
  • Povijest

Deset vodećih kemičara postavljaju prioritete u narednim desetljećima i otkrivaju znanstvenike za koje smatraju da nadahnjuju.

Paul Wender

Pogledajte kroz molekularnu leću

Sveučilište Stanford, Kalifornija

Image

Online kolekcija

Kemiju su često nazivali „središnjom znanošću“. Po mom mišljenju, točnije je 'univerzalna znanost'. Bavi se molekularnom strukturom, funkcijom i sintezom, subjektima od velikog značaja u cijeloj znanosti. Problemi našeg vremena i budućnosti nisu ograničeni na samo jednu disciplinu. Doista, istraživanje i kako razmišljamo o problemima postaju sve „molekulariziraniji“, jer pitanja zahtijevaju razumijevanje strukture i funkcije atomske razine i sposobnost dizajniranja i izrade novih molekula i sustava - bilo da su to lijekovi, dijagnostika, novi materijali ili čak funkcioniranje Stanice. Od molekularne antropologije do molekularne zoologije (pa čak i molekularne gastronomije) ušli smo u razdoblje istraživanja koje će dovesti do transformativnih inovacija.

Oni koji probleme vide kroz molekularnu leću u dobroj su poziciji da odgovore na neke od glavnih problema našeg vremena. Ne možemo se nadati poboljšanju javnog zdravlja, na primjer, bez napretka u naglašavanju ranog otkrivanja i prevencije bolesti. To zauzvrat zahtijeva razumijevanje molekularnog podrijetla bolesti i dizajn molekula koji mogu otkriti rane molekularne događaje koji dovode do napredovanja bolesti.

Image

Slika: SJ COLEMAN

Naša je energetska budućnost također neumoljivo isprepletena s pitanjima strukture i funkcije, bilo da su povezane sa prikupljanjem, skladištenjem ili pretvaranjem energije. Pametni materijali i prilagodljivi uređaji zahtijevaju molekule ili molekularne sustave koji i otkrivaju događaj i strukturno se mijenjaju kao odgovor na njega. Nalazimo se usred molekularne revolucije koja će duboko promijeniti naš svijet.

Christopher C. Cummins

Bolje živjeti od kemije

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge

Kemija nije uvijek dobro zaokružena pojednostavljenom formulom „velikog pitanja“. Napredak u kemiji potreban je za rješavanje bezbroj problema, u rasponu od upravljanja resursima u globalnom ciklusu ugljika, dušika i fosfora, do načina uštede energije uz katalizu s jeftinim i obilnim elementima. Kemija ima ključnu ulogu u razvoju budućnosti u kojoj je visoki životni standard dostupan svima bez žrtvovanja našeg okoliša i staništa.

Izuzetno se divim Marie Curie (vidi 'Galeriju velikana') zbog apsolutne, nemilosrdne odlučnosti koju je pokazala u obavljanju mučno dosadnog posla uključenog u izolaciju radijusa. Sjaj njezinih ideja potkrijepio je herkulovskom radnom etikom. Svi znanstvenici s početnicima trebali bi pročitati njezinu biografiju.

Image

Slika pune veličine

Martyn Poliakoff

Učinite kemijske procese zelenijima

University of Nottingham, Velika Britanija

Ključno pitanje s kojim se zeleno kemičari i procesni inženjeri suočavaju u ovom desetljeću jest kako dizajnirati molekule s određenim svojstvima i funkcijama, i kako onda napraviti te molekule s minimalnim otpadom i opasnošću. Kemija je posljednjih godina postigla velike pomake u tome, ali još uvijek smo često svodjeni na istreniranje molekula i promatranje promjena u njihovim svojstvima, poput računalnih hakera koji pretražuju nepoznati dio softvera.

Gledajući dalje naprijed, sve što napravimo i koristimo uključuju kemijske elemente i u posljednjih 100 godina smo potrošili mnoge resurse planeta u stvaranju pribora modernog života. Koncentrirana ležišta minerala minirana su, a elementi unutar njih raspršili su se širom svijeta. Sada mnogi od ovih elemenata postaju toliko oskudni da su 'ugroženi'. Ako ne možemo izmisliti održive zamjene, mnogi proizvodi koji podržavaju trenutno društvo, od prijenosnih računala do gnojiva, nestat će. A kemičari su u najboljem položaju da naprave ove izume.

Najvažnija godina u kemiji, a ne osoba, bila je 1869. Dmitri Mendeleev iz Sankt Peterburga predložio je periodičku tablicu, a Thomas Andrews iz Belfasta izumio je izraz „kritična točka“ u kojem nestaju razlike između tekućine i plina. Nadkritične tekućine bile su fokus mog istraživanja posljednjih 25 godina i dovele me do područja zelene kemije. Periodna tablica utjecala je na mene još od srednje škole i nedavno me lansirala na YouTube: //www.periodicvideos.com.

Laura Kiessling

Oponaša kako priroda pravi polimere

Sveučilište Wisconsin – Madison

Jedno osnovno pitanje na koje moramo odgovoriti je kako biološki sustavi stvaraju polimere kontroliranih nizova i duljina bez šablona. Polimeri s ugljikohidratima su najzastupljenije organske tvari na planeti i ne znamo kako nastaju i kako se kontroliraju njihove duljine. Te informacije bi nam mogle omogućiti bolju berbu celuloze za energiju, osmisliti bolja cjepiva protiv patogena, kontrolirati signalne putove faktora rasta u raku ili razvoju i osmisliti nove vrste antimikrobnih lijekova. Razumijevanje načina na koji priroda stvara polisaharide također bi moglo pružiti uvid u širok raspon reakcija polimerizacije, uključujući one koje su osnova stvaranja telomera - zaštitnih čepova na kromosomima - i njihovu ulogu u raku.

Divim se toliko kemičarima, živim i mrtvim. Potaknut izborom, išao bih s Emilom Fischerom (1852-1919) za njegove maštovite primjene organske sinteze za rješavanje problema u biologiji. Bio je možda prvi kemijski biolog.

EW 'Bert' Meijer

Potaknite sintetičko samo sklapanje

Tehnološko sveučilište u Eindhovenu, Nizozemska

"Koliko daleko možemo gurnuti kemijsko samo-sklapanje?" nesumnjivo je najintrigantniji izazov koji kao znanstvenici moramo riješiti u narednim desetljećima. Sintetički kemičari su u stanju pripremiti gotovo svaku molekulu prisutnu na Zemlji, ali sada su nam potrebni sofisticirani načini za sastavljanje i organiziranje tih molekula u funkcionalne molekularne objekte. Nove metodologije, mehanički uvidi, sklopovi izvan ravnoteže i kinetički kontrolirani sklopovi samo su neke od važnih tema u ovom interdisciplinarnom polju znanosti.

Divim se savršenom spoju između Jacobusa i Ne Hoffa (1852–1911) i Hansa Wynberga. Van't Hoff, prvi dobitnik Nobelove nagrade za kemiju 1901. godine, predložio je temeljne spoznaje o trodimenzionalnom rasporedu atoma u svemiru i na taj način uveo polje stereohemije. Izuzetno je da je tu ideju dobio u dobi od 22 godine, pokazujući snagu kombiniranja strasti prema znanosti i originalnosti misli. Divim se svom doktorskom savjetniku Hansu Wynbergu što me je upoznao sa fascinantnim svijetom kiralnih molekula i što je potaknuo mladu generaciju da radi na granicama znanosti.

Paul Alivisatos

Ponovite fotosintezu

Direktor, Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley, Kalifornija

Ovo će biti desetljeće kada konačno naučimo kako umjetna fotosinteza funkcionirati na praktičan način. Cilj datira iz Melvina Calvina (1911–97), koji je razvio naše razumijevanje biološkog ciklusa ugljika i koji je uvažavao potrebu uspostavljanja stabilnog ciklusa za ljudsku upotrebu energije. Umjetni fotosintetski sustav mogao bi nam pružiti održiv oblik energije za budućnost. Ovaj veliki izazov zahtijeva od kemičara da riješe mnoge duboke i dugotrajne probleme. Na primjer, moramo dublje razumjeti katalitičke događaje s više elektrona i više koraka, kako bismo mogli oblikovati bolje katalizatore za stvaranje kisika iz vode i za smanjenje ugljičnog dioksida u gorivu. Moramo naučiti sastaviti precizne višekomponentne nanocrkvene sustave za apsorpciju svjetla i odvajanje naboja i kako ih integrirati s katalizatorima. Ove sustave treba uzgajati iz obilnih materijala, procesima koji se mogu preusmjeriti na ogromna područja i to jeftinim sredstvima.

Taj je problem istraživan krajem 1970-ih i početkom 1980-ih, ali tada je uslijedio 30-godišnji hiatus. U kasnim desetljećima nanoznanost se razvila, a na raspolaganju su nam novi teorijski i analitički alati.

Umjesto da odaberem omiljenog znanstvenika, radije bih skrenuo pozornost na izvanredan rad: „O utjecaju ugljične kiseline u zraku na temperaturu zemlje“ ( Philos. Mag. 41, 237–276; 1896). U njoj fizikalni kemičar Svante Arrhenius (1859-1927) procjenjuje da će udvostručenje ugljičnog dioksida u atmosferi povećati temperaturu Zemlje za 5 ° C. Nekoliko godina kasnije rafinirao je proračun kako bi dobio 2.1 ° C. Tada je smatrao malo vjerojatnim da bi ljudska aktivnost mogla dovesti do takvog porasta. Sada je prošlo više od 100 godina, razmjera ljudske aktivnosti enormno je porasla i možemo vidjeti da je Arrhenius shvatio većinom upravo kako treba.

Karen Wooley

Poboljšajte selektivne interakcije

Texas A&M University, College Station

Tijekom sljedećeg desetljeća dizajn i proučavanje polimera kao funkcionalnog materijala za medicinsku i drugu primjenu moraju se suočiti s tri glavna izazova. Prvo, kako poboljšati selektivne interakcije, izbjegavajući one neselektivne, tako da molekule mogu ciljati na specifična tkiva in vivo . Drugo, kako kemičari mogu stvoriti pojedinačne, dobro definirane strukture, kao što su formirane u prirodi, umjesto populacije materijala različitog sastava, strukture i veličine koji proizlaze iz eksperimenata u laboratoriju? Treće, kako sintetički organski kemičari mogu proširiti izuzetnu kontrolu nad izgradnjom prirodnih lijekova i analoga kako bi se omogućili novi sintetički ciljevi za kemijsku manipulaciju, uključujući ribosome i viruse. Sve to zahtijeva veću kontrolu nad intermolekularnim interakcijama.

Kao mlada djevojka divila sam se Marie Curie, ali tijekom godina moje je priznanje za nekoliko "divova" moderne kemije poraslo, posebno za one, poput Roberta Grubbsa (koji je 2005. dijelio Nobelovu nagradu za kemiju za njegov rad na organskoj reakcije), koje pokreće znanstvena znatiželja i održavaju poniznu, prijateljsku osobnost i aktivno mentorstvo mladih kemičara.

David King

Solarna snaga je budućnost

Direktor, Smith School of Enterprise and Environment, Oxford, Velika Britanija

Nadamo se da ćemo u narednom desetljeću stvoriti učinkovit fotonaponski materijal koji se može jeftino proizvesti i koji je arhitektima i građevinarima privlačan za uporabu s vanjske strane zgrada - na primjer plastike, boje ili keramike - čime će se revolucionarati upotreba solarne energije,

Lik koji me inspirira je Antoine Lavoisier (1743–94), otac moderne kemije. Veliki intelektualni doprinos sadržan u njegovoj izvanrednoj monografiji Elementarni traktat o kemiji (1789.) označio je razvoj razumijevanja kemijskih elemenata, zakona očuvanja mase, kraj teorije flogtona (koji je blokirao napredak), pa čak i kraj alkemije. Moderna kemija, znanost o materijalima i fizika nastale su u velikoj mjeri iz napretka koji je ovo djelo predstavljalo.

Joanna Aizenberg

Promicati održiv život

Sveučilište Harvard, Cambridge, Massachusetts

Kemičari se bave pitanjima održivosti i nastavit će to raditi. Slijede nekoliko važnih i međusobno povezanih puteva: razvoj učinkovitih alternativnih izvora energije, pametno i održivo korištenje prirodnih resursa, očuvanje okoliša, suzbijanje gladi i poboljšanje ljudskog zdravlja i životnog standarda širom svijeta. Postupci i materijali potrebni u svim tim područjima, kao što su učinkovita upotreba solarne energije, gorivo na bazi vodika, minimiziranje i rukovanje nuklearnim otpadom, pročišćavanje vode, prilagođavanje tehnologija na bazi uglja najvišim ekološkim standardima i razvoj produktivnijih kultura, svi će zahtijevati doprinos kemičara - organskih i anorganskih, fizikalnih, polimernih, materijala i biokemičara.

Najviše se divim Josiji Willard Gibbs (1839. - 1903.). Neizmjerno je pridonio uspostavljanju kemijske termodinamike i fizikalne kemije. Njegov je rad za to vrijeme imao ogromnu širinu, za bilo koje vrijeme, obuhvaćajući matematiku, fiziku, kemiju i inženjerstvo. Popis pojava i zakona koje je otkrio, proučavao i objasnio, a koji nose njegovo ime, toliko je impresivan da bi čak i jedan dio njih učinio svog autora vrlo uglednim znanstvenikom, vrijednim pamćenja još mnogo godina. Gdje bi danas bila kemija bez sve te Gibbsove energije?

Graham Fleming

Katalizirajte proizvodnju energije

Vicekancelar za istraživanje, Sveučilište u Kaliforniji, Berkeley

Glavni problemi kojima se kemičari mogu riješiti ('važni' se problemi više ne mogu riješiti niti jednom jedinom disciplinom) svi se odnose na energiju, njenu proizvodnju i skladištenje. Kemičari mogu doprinijeti ključnom napretku u stvaranju baterija s dvostrukom gustoćom energije i pet puta nižim troškovima (dakle deset puta boljim) od trenutačnih baterija. Ovo je potrebno da bi električni automobili postali stvarnost. Kemičari moraju razviti bolje katalizatore za pretvaranje solarne energije u tekuća goriva i iskoristiti nove kemijske cikluse (kojih trenutno nema u prirodi) za stvaranje korisne energije, koristeći materijale na Zemlji kojih ima u izobilju. Moraju sarađivati ​​s biolozima kako bi radikalno poboljšali učinkovitost biološke fotosinteze reprogramiranjem prirodnih strojeva i za proizvodnju hrane i goriva.

Dugoročno, kemičari moraju razviti načine sinteze molekularnih sustava koji mogu regulirati vlastito ponašanje kao odgovor na vanjske promjene i koji se mogu popraviti ako su oštećeni. Ovaj posljednji zadatak vjerojatno je previše teško postići za deset godina, ali svejedno bi trebao biti cilj.

Kemičar kojem se divim moj je savjetnik za tezu George Porter (1920–2002) zbog njegove sposobnosti da se bavi revolucionarnom znanošću (što je dovelo do Nobelove nagrade), sposobnosti povezivanja s mladima i odraslim osobama koje nema znanstvenika, i snažnim osjećajem za socijalnu pravednost, Dok sam pripremao njegov biografski memoar za Kraljevsko društvo, naučio sam koliko je truda George uložio u osiguravanje viza za puštanje i izlaska za "odbojnike" u Sovjetskom Savezu.

autori

komentari

Slanjem komentara slažete se s našim Uvjetima i smjernicama zajednice. Ako ustanovite da je nešto zloupotrebno ili nije u skladu s našim uvjetima ili smjernicama, označite to kao neprimjereno.