Ci sono un numero enorme di possibili sostanze chimiche. Le stime vanno da 1018 a 10200. Per fare un confronto il numero di granelli di sabbia sulla Terra è di circa 7.5 x 1018, il numero di particelle nell’universo è compreso tra 1072 e 1087. Chiaramente, se ci sono davvero più sostanze chimiche di questa, allora non ognuno esiste anche fisicamente nell’universo. Il composto più abbondante nell’universo, di gran lunga, è comunque l’idrogeno biatomico (H2).
Dei 117 elementi conosciuti, solo 94 si trovano in natura e sette di questi sono gas nobili, che formano composti solo in condizioni molto insolite, come quando sono esposti al bombardamento di elettroni. Questo lascia 87 elementi in più per formare composti chimici, e la maggior parte di questi non ne formano molti, né sono molto abbondanti.
Gli elementi più abbondanti nell’universo sono idrogeno (74%), elio (24%), ossigeno (10%), carbonio (0.46%), neon (0.13%), ferro (0.1%) e azoto (0.1%). . L’elio e il neon sono gas nobili e non si legano a nulla. Il ferro è principalmente bloccato nell’ossido di ferro (ruggine). Gli altri – carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto – sono conosciuti con l’acronimo CHON e, insieme a fosforo e zolfo, costituiscono il 99% di tutti gli organismi viventi e oltre il 99% di tutti i composti chimici. Questi sono chiamati composti biologici.
I composti biologici possono formare lunghe catene in modi che i composti inorganici non possono. Questi composti possono essere lunghi miliardi di atomi, nel caso di biopolimeri come il DNA. Queste molecole possono avere piccole differenze in pochi atomi, come il materiale genetico di gemelli identici che hanno lievi mutazioni dovute a errori di copiatura o esposizione alle radiazioni. Questo produce un numero quasi illimitato di variazioni.
Nel 2005, un gruppo dell’Università di Berna, in Svizzera, ha cercato di determinare il numero totale di composti stabili con un massimo di undici atomi di solo carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fluoro. Il loro numero era poco meno di 18 miliardi, ma un’analisi successiva ha scoperto che ignoravano molte sostanze chimiche comuni, comprese molte che potevano essere facilmente ordinate online, e il numero potrebbe essere stato basso fino a tre ordini di grandezza. Anche guardando solo piccole sostanze chimiche, c’è ancora un numero assolutamente enorme di variazioni.