If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако използваш уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Живот, базиран на силиция

Може ли силицият да играе подобна на въглерода роля в поддържането на живота?

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

Отделихме много време, за да обсъдим колко страхотен е въглеродът за живите системи и това, че животът, какъвто го познаваме, е основан на въглерода. Всичко това се дължи на способността му да се свързва с други въглеродни атоми и да формира разнообразни структури и връзки с кислород, водород и други. Всъщност има цял клас вещества, наречени органични вещества, които съдържат въглерод. Способностите на въглерода да се свързва с други атоми идват от неговата електронна структура. Говорихме за това в предното видео. Въглеродът има шест протона, а неутралният въглероден атом има шест електрона. Два от тях са във вътрешния електронен слой, а другите четири са във външния. Именно тези четири електрона участват в реакции. Наричаме ги валентни електрони. Тези валентни електрони образуват четири ковалентни връзки. Например, ако искаме връзки с четири водородни атома, всеки водороден атом ще допринесе с един електрон към една от тези двойки, които ще формират ковалентна връзка. Така водородните атоми имат усещането, че външният им електронен слой е запълнен. Водородът се нуждае само от два електрона, за да запълни външния си електронен слой и да заприлича на хелий. Въглеродът се стреми да добие осем електрона във външния си електронен слой, за да заприлича на неона. Неонът има два електрона във вътрешния си електронен слой и осем във външния. Може би си спомняш октетното правило, при което атомите се опитват да добият или се преструват, че имат осем електрона във външния си електронен слой, за да станат стабилни. Тук въглеродният атом споделя електрони. Той е допринесъл с четири електрона и четирите водородни атома са допринесли с още четири. Така се е получил метан. Може би сега си казваш: "Знам и други елементи, които формират по четири ковалентни връзки и имат четири валентни електрона." Има един елемент, който е много близо до въглерода в периодичната система – този тук. Това е силиций. Силицият има 14 протона и неутралният силициев атом има 14 електрона. Ще го нарисувам. Ще се фокусирам върху електроните. Силицият има два електрона във вътрешния си електронен слой, ето тук. В действителност орбитите не са толкова спретнати и ясно дефинирани. Електроните обикалят във вътрешния електронен слой с най-ниска енергия. Имаме още осем електрона във втория електронен слой. Ще ги нарисувам – един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем – всички те обикалят във втория електронен слой. Силицият има общо 14 електрона, използвали сме 10 и ни остават четири за най-външния електронен слой. Един, два, три, четири. Тези четири в най-външния електронен слой са тези, които реагират. Наричаме ги валентни електрони. Ако нарисуваме само валентните електрони – силицият има четири валентни електрона. Един, два, три, четири валентни електрона, също като при въглерода, но силицият има различен общ брой електрони. Четирите валентни електрона на силиция са един електронен слой по-далеч от ядрото в сравнение с въглерода, но те участват в реакции и формират ковалентни връзки. Може би се питаш защо живите системи не са базирани на силиций, вместо на въглерод. Ако се чудиш защо, няма да си първият човек, който си задава този въпрос. Автори на научна фанстастика са се питали същото. Това е скрийншот от епизода "Дяволът в тъмното" от 1967 г. от оригиналния сериал "Стар Трек", където Кърк се среща със същества, които са изградени на основата на силиций. Наричат се Хорти и имат всякакви интересни способности. Така че има хора, които се чудят как би изглеждал живот на основата на силиций. Но, ако погледнем химичната страна на нещата, въпросът става по-ясен. Например едно от хубавите неща на въглерода е, че лесно формира вериги с други въглеродни атоми и те могат да са много дълги. Могат да образуват различни видове въглеводороди и други въглерод-въглеродни структури – дълги въглеродни вериги. . Това е възможно при въглерода. Но се оказва, че силиций-силициевите връзки не са толкова здрави. Силицият не формира много дълги вериги. Ще сравним две прости вещества – метан и веществото, наречено силан. Силанът не се получава лесно и няма същите свойства като метана. Той също няма да е толкова добър, колкото метана. Да разгледаме въглеродния диоксид, при който въглеродът има две двойни връзки с два кислородни атома. Една двойна връзка с единия кислороден атом и друга двойна връзка с другия. В ежедневието си сме свикнали да разглеждаме въглеродния диоксид като газ. Растенията го използват, за да го вложат в структурата си и да растат. Взимат необходимия им въглерод от въглеродния диоксид. Ние издишваме въглероден диоксид, което е жизнено важно. Може би се чудиш какъв е силициевият оксид. Силициевият оксид всъщност е доста често срещана молекула, но не съществува в газообразно състояние при температури, съвместими с живота. Повечето от силициевия оксид се среща под формата на кварц под земята. Това тук е кварц. Ако погледнем начините, по които силицият образува връзки, ще видим, че те не са толкова подходящи за живите системи, като тези при въглерода. Когато силицият се свърже с кислород, не само съединението е твърдо при нормални температури, подходящи за живот, но и връзките са много, много, много здрави. Много по-здрави от връзките, които въглеродът образува с кислорода. Те са толкова здрави, че би било трудно да се повлияят от химичните реакции в живите организми. Забавно е да измисляме теории за силициевия живот и аз съм последният човек, който да отрече нещо напълно. Мисля, че вселената ще продължава да ни изненадва с неща, които днес дори не можем да си представим. Но въз основа на знанията си от химията и за живите системи, които познаваме, въпреки че силицият може да формира четири ковалентни връзки и има четири валентни електрона, той изобщо не е толкова подходящ, колкото въглерода, за процесите, поддържащи живота.