Можно ли заменить углерод кремнием, бором или азотом (Выпуск 3)

Выпуск 3. Можно ли заменить углерод кремнием, бором или азотом

Суть главы: Оценка кандидатов на роль основы альтернативной жизни среди ближайших соседей углерода.

Основные темы: Кремний способен образовывать связи, но разрушается в присутствии воды, образуя песок, и не формирует сложных цепочек в космосе. Бор слишком редок во Вселенной из-за особенностей ядерного синтеза, что делает его маловероятной основой для эволюции. ААзотные цепочки становятся стабильными только при колоссальном давлении, что делает саму возможность существования такой жизни скрытой от нас в недрах планет-гигантов.

Статья

Какие химические элементы кроме углерода могут образовывать прочные связи сами с собой, длинные цепочки и кольца? Их весьма немного, и все они соседи углерода: кремний, бор и азот. Длинные цепочки образует ещё сера, но эти цепочки почти не ветвятся и плохо держат боковые группы, поэтому как основа сложной химии жизни сера не подходит. Все, что ниже этой строчки таблицы Менделеева, цепочек из своих атомов образовать устойчивых не может.  

На основе кремния химики получили много интересных молекул. Некоторые, например циклические силоксаны вроде декаметилциклопентасилоксана (их часто называют силиконами), входят в состав увлажняющих кремов для кожи. Но все эти кремнийорганические вещества синтезируются в отсутствие воды, в каких-нибудь органических растворителях. Вода со всем этим несовместима. При попытке делать какие-то интересные химические реакции с кремнием в присутствии воды получается только оксид кремния, песочек.  Чистые цепочки из атомов кремния (Si–Si) и большинство соединений с Si–H-связями в воде быстро гидролизуются до оксида кремния.

Различий между углеродом и кремнием на самом деле довольно много. 

Метан нужно поджигать, а силан самовозгорается уже при комнатной температуре.   Метан с водой не реагирует, силан реагирует достаточно бурно.   Оксид углерода СО2 газ, а оксид кремния образует прочную кристаллическую решётку, как кварц.   Углерод легко образует двойные связи, кремний  практически нет.

 А главное, цепочки из атомов кремния можно получить только в отсутствие воды, аммиака и многих других распространенных веществ. Хотя на Земле кремния гораздо больше, выковырять его из состояния камня почти невозможно. В лаборатории это можно сделать плавиковой кислотой, но для нее нужен фтор, который слишком редок в космосе. Океанов плавиковой кислоты мы ни на какой планете встретить не можем, потому что ядерная физика во всей вселенной работает одинаково.  

Если посмотреть на соединения углерода и кремния в межзвездных газовых облаках, молекул с углеродом там известно более сотни, в том числе этиловый спирт, уксусная кислота, мочевина, глицин. А молекул с кремнием нашли только одиннадцать видов, причем половина из них содержит углерод, и цепочек из атомов кремния там нет. В самых разных условиях галактики углерод цепочки образует, а кремний нет.   В присутствии воды (а она очень распространена во Вселенной в разных формах) кремний почти неизбежно превращается в песок и силикаты.

Получить жизнь на основе кремния исходя из этих данных довольно сложно. Бор тоже элемент с интересной химией, в паре с азотом образует боразол, аналог бензола. Но бора во вселенной слишком мало (из-за особенностей ядерного синтеза), в миллион раз меньше, чем углерода. Жизнь на основе бора можно попробовать сделать в лаборатории, но в природе мы такого вряд ли встретим.  Из-за космической редкости бора такая жизнь в природе крайне маловероятна.

Наконец азот. В обычной химии цепочек из атомов азота длиннее четырех атомов не бывает, и они взрывчаты. Но при сверхвысоких давлениях, в сотни тысяч атмосфер, цепочки и кольца из азота становятся устойчивыми. Такие условия надо искать на планетах типа Урана и Нептуна. Но даже если там в глубинах есть жизнь, она навсегда отрезана от нас тысячекилометровыми толщами льда и газа, так что проверить эту гипотезу экспериментально вряд ли удастся.

Таким образом, из ближайших соседей углерода ни один не выглядит реалистичной альтернативой для возникновения жизни в условиях, похожих на земные или хотя бы доступных для наблюдения.

Если бы вам дали выбрать одну альтернативу углероду для лабораторного эксперимента по созданию "другой жизни", что бы вы выбрали: кремний, бор или азот  и почему?

Может ли редкость элемента полностью исключать возможность жизни на его основе, или всё-таки важнее химические свойства?

Согласны ли вы с автором, что сера как основа жизни уже не интересна? Или у неё всё-таки есть шансы в каких-то экзотических условиях?

Предыдущий выпуск Почему жизнь на Земле основана именно на углероде (Выпуск 2)
Следующий выпуск Можно ли заменить воду: аммиак, метан, жидкий CO₂ и другие варианты (Выпуск 4)