Заміна вуглецю

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ЗАМІНА ВУГЛЕЦЮ

Вчені чимало висловлювалися на тему можливості побудови органічних молекул за допомогою інших атомів, але на практиці довести цю можливість на даний момент не вдалося.

Кремній

Серед найбільш вірогідних претендентів на роль структуроутворююче атома в альтернативній біохімії називають кремній. Він знаходиться в IV групі періодичної таблиці, в тій же як і вуглець, ці два елементи в чому схожі. Кремній чотиривалентний, як і вуглець, а значить, він теж має необхідний якістю симетрії. Його атоми здатні утворювати циклічні структури і довгі ланцюжки, які служать остовом багатьох біологічних молекул. Проте атоми кремнію мають бо більшу масу і радіус, складніше утворюють подвійну або потрійну ковалентний зв'язок, що, можливо, в даному випадку буде заважати.

Силани, що представляють з'єднання кремнію і водню, які будуть аналогом алканів (сполук вуглецю і водню), відрізняються куди меншою стійкістю ланцюжка атомів кремнію, а так само підвищеної реакционноспособна. Щільність, температури кипіння і плавлення сіланом вище, ніж у відповідних вуглеводнів. У той же час, силікони - полімери, що включають ланцюжка чергуються атомів кремнію і кисню, є більш стійкими. Зокрема, силіконовим полімерам властива значна жароміцність. На цій підставі передбачається, що органічні сполуки на основі кремнію можуть існувати на планетах з середньою температурою, значно перевищує земну. Крім того, зв'язок між атомами кремнію нестійка в присутності води, аміаку або кисню, тому роль універсального розчинника в цьому випадку будуть грати з'єднання зі значно більшою температурою кипіння і плавлення. Такими сполуками можуть стати сірчана кислота, сульфіди фосфору й таке абсолютно невивчені з'єднання, як Н3PS4-сірчаний аналог ортофосфорної кислоти, що виходить з фосфористого водню і H2S.

В цілому ж, складні молекули з кремнієво-кисневої ланцюгом менш стійкі в порівнянні з вуглецевими аналогами. До того ж, сполуки кремнію не настільки різноманітні за будовою, як білки.

Інша проблема полягає в тому, що діоксид кремнію (основний компонент піску), який є аналогом вуглекислого газу, є тверде, плохорастворімое речовина. Це створить труднощі для вступу кремнію в біологічні системи, засновані на розчинах, навіть якщо виявиться можливим існування біологічних молекул на його основі.

Крім того, в усьому розмаїтті молекул, які були виявлені в міжзоряному середовищі, 84 засновані на вуглеці і лише 8 - на кремнії. Більш того, з цих 8 сполук, 4 також включають до складу вуглець. Приблизне співвідношення космічного вуглецю до кремнію - 10 до 1. Це дає підставу припускати, що складні вуглецеві сполуки більш поширені у Всесвіті, зменшуючи шанс формування біологічних молекул на основі кремнію, принаймні, в тих умовах, що можна очікувати на поверхні планет.

На Землі, як і на інших планетах земної групи, багато кремнію і дуже мало вуглецю. Однак, земне життя розвинулася на основі вуглецю. Це, ймовірно, свідчить на користь того, що цей елемент куди більше підходить для формування біохімічних процесів на планетах, подібних нашій. Залишається можливість того, що при інших умовах температури і тиску, кремній може брати участь у формуванні біологічних молекул в якості заміни вуглецю.

Слід зазначити, що сполуки кремнію (зокрема, діоксид кремнію) використовуються деякими організмами на землі. З них свій панцир формують діатомові водорості, отримуючи кремній з води. Як структурного матеріалу сполуки кремнію також використовуються радіолярій, деякими губками і рослинами, вони входять також до складу сполучної тканини людини.

Азот і фосфор

Азот і фосфор вважають іншими претендентами на роль основи для біологічних молекул. Як і вуглець, фосфор може становити ланцюжки з атомів, які, в принципі, могли б утворювати складні макромолекули, якби він не був таким активним. Однак, в комплексі з азотом, можливе утворення більш складних ковалентних зв'язків, що робить можливим виникнення великої різноманітності молекул, включаючи кільцеві структури.

В атмосфері Землі азоту близько 78 відсотків, проте в силу інертності двухатомного азоту, енергетична "ціна" освіти тривалентної зв'язку занадто висока. У той же час, деякі рослини можуть зв'язувати азот з грунту в симбіозі з анаеробними бактеріями, що живуть в їх кореневій системі. У разі присутності в атмосфері значної кількості діоксиду азоту або аміаку, доступність азоту буде вищою.

Азот і бор

Атоми азоту і бору, знаходяться в "зв'язці", певною мірою імітують зв'язок вуглець-вуглець. Так, відомий боразол B3N3H6, який іноді називають "неорганічним бензолом". Будучи неорганічним аналогом бензолу, боразол нагадує бензол за своїми фізичними властивостями (агрегатний стан, інтервал кипіння, щільність і т.п.). У той же час, хімічні властивості боразола і бензолу різко різняться. Реакційна здатність боразола вище, ніж у бензолу внаслідок полярності зв'язків (три атома азоту постачають свої неподілені електронні пари на вільні орбіталі атомів бору). Так, він окислюється на повітрі, розчинний у воді, з якої поступово реагує з утворенням В (ОН) 3, NH3 і Н2, і менш термічно стійкий, ніж бензол. Все ж, на основі комбінації бору з азотом неможливо створити все те розмаїття хімічних реакцій, відомих в хімії вуглецю. Тим не менш, принципову можливість такої заміни у вигляді якихось окремих фрагментів штучних (або інопланетних) біомолекул, не можна повністю виключати.

Аміак

Гіпотетична аміачна біохімія, або, як її ще називають, хімія Франкліна, виходить простою заміною кисню в органічній молекулі на аміно-групу (= NH). А замість води як універсального розчинника використовується аміак.

При нормальному тиску аміак існує як рідина в дуже вузькому інтервалі температур від -77,7 до -33,4 градуса Цельсія. Критичної температурі + 132,4 градуси, тобто температурі, вище якої не можна отримати аміак у вигляді рідини, відповідає тиск 120 атмосфер. Приховані теплоти в аміаку рівні 332 калоріям на грам для паротворення і 84 калорій на грам для плавлення. За цими параметрами аміак схожий на воду.

Автори моделей "аміачного життя" стверджують, що в повністю безводних умовах аміачні форми білків будуть діяти як ферменти-каталізатори настільки ж добре, як і в звичайних водних середовищах. Це припущення виглядає сумнівно, оскільки швидше за все в рідкому аміаку білки-ферменти через зміну їх структури не зможуть "працювати". Крім того, якщо виходити з вимоги нормальних швидкостей хімічних реакцій, необхідно сильно підвищити точку кипіння аміаку (скажімо, до 100 градусів), що відповідає більш високим тискам близько 60 атмосфер.

Дуже важко уявити собі, що при вибраних значеннях тиску й температури можуть де-небудь існувати повністю безводні умови. Але як тільки ми переходимо до водних розчинів аміаку, аміачні аналоги білків виявляються в сильно лужному середовищі і перестають працювати як ферменти.

Для регулювання діяльності клітинних мембран в аміачній хімії пропонуються такі екзотичні сполуки, як хлористий цезій або хлористий рубідій. Через малу космічної поширеності цезію та рубідію подібна схема може представляти інтерес тільки для умоглядних побудов.

ЗАМІНА ВОДИ

Однією з вимог для розчинника, здатного до підтримки альтернативної життя, є те, що ця речовина має залишатися рідким у великому інтервалі температур. Вода є рідкою в інтервалі від 0 ° С до 100 ° С, - але існують інші розчинники, наприклад, сірчана кислота, - які залишаються в рідкому стані в інтервалі 200 ° С і більше.

Аміак

Аміак часто розглядається як найбільш ймовірного (після води) альтернативного розчинника для виникнення життя на якійсь із планет. Рідкий аміак по ряду властивостей нагадує воду, але слід зауважити, що при замерзанні твердий аміак не спливає вгору, а тоне (на відміну від водного льоду).

Крім того, вибір аміаку як розчинника виключає вигоди від використання кисню як біологічного реагенту. Однак це не виключає можливості виникнення альтернативної життя на планетах, де аміак є в суміші з водою.

Фтороводень

По ряду властивостей фтороводород нагадує воду. Так, він теж здатний до утворення міжмолекулярних водневих зв'язків. Проте варто враховувати, що на 1 атом фтору в спостережуваної всесвіту доводиться 10000 атомів кисню, тому важко уявити на якій-небудь планеті умови, які сприяли б утворенню океану, що складається з HF, а не з H2O.

Інший серйозний аргумент проти такої можливості полягає в тому, що тверда поверхню більшості планет (які її мають), складається з двоокису кремнію і алюмосилікатів, з якими, як відомо, фтористий водень реагує по реакції:

SiO2 + 6 HF => H2SiF6 + 2 H2O

Ціаністий водень

Ціаністий водень HCN також здатний до утворення водневих зв'язків, але на відміну від HF, він складається з широко поширених у Всесвіті елементів. Більше того, вважається, що це з'єднання відігравало значну роль в предбіологічною хімії Землі - наприклад, в освіті амінокислот, нуклеотидів та інших компонентів "первинного бульйону".

Тим не менш, ціаністий водень не підходить в якості можливого розчинника для альтернативної біохімії хоча б тому, що це з'єднання термодинамічно нестійкий. Так, рідкий ціаністий водень досить швидко осмоляется, особливо в присутності каталізаторів (у ролі яких можуть виступати кислоти, підстави, глина і багато гірські породи), причому іноді розкладання HCN протікає з вибухом. З цих причин HCN не здатний утворити океан на якій-небудь планеті.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
22.1кб. | скачати


Схожі роботи:
SVG Заміна Flash-у
Заміна і тонування автоскла
Заміна платежів та їх консолідація
Заміна судді в цивільному процесі РФ
Поняття сторін Заміна неналежної сторони
Заміна ліній передачі зосередженими елементами
Діоксид вуглецю
Отруєння окисом вуглецю
Єдиний соціальний податок Його заміна страховими внесками
© Усі права захищені
написати до нас