A szilíciumalapú élet

Hosszasan beszéltünk már arról, hogy az élet szempontjából milyen jelentős anyag a szén, és hogy az általunk ismert élet alapja a szén. Mindez abból ered, hogy a szénatomok összekapcsolódva változatos szerkezeteket hoznak létre oxigén- hidrogén- és egyéb atomokhoz kötődve. A molekuláknak van egy teljes csoportja, az úgynevezett szerves molekulák, amelyek mind szénvegyületek. A szénatom kötési sajátságai pedig az elektronszerkezetéből fakadnak, amint az előző videóban is említettük. Tudjuk, hogy a szénatomnak 6 protonja van, amihez a semleges atomban 6 elektron társul. Ezekből kettő a belső héjon foglal helyet, négy pedig a külsőn, és ez a négy vesz részt a reakciókban. Ezeket nevezzük vegyértékelektronoknak. Ezek a vegyértékelektronok négy kovalens kötést létesíthetnek. Ha például négy hidrogénnel jön létre kötés, akkor minden hidrogén 1-1 elektronnal járul hozzá ezekhez az elektronpárokhoz, amelyek 1-1 kovalens kötést alakítanak ki. Ez a hidrogénatomok számára azt jelenti, hogy a külső héjuk telített, azaz a hidrogén külső héja kicsit a héliumhoz válik hasonlóvá. A szén pedig arra törekszik, hogy 8 elektronnal töltse be a külső héját, ami így a neonhoz válik hasonlóvá. A neonnak 2 elektronja van a belső héján, 8 pedig a külső héján. Talán emlékszel az oktett-szabályra, amely szerint az atomok arra törekednek, hogy 8 külső elektronnal stabilizálódjanak. A szénatom itt 8 elektronon osztozik. Négyet ő adott bele, négyet pedig a négy hidrogén, így jön létre a metán. A jólértesültek hallhattak más elemekről is, amelyek 4 kovalens kötést alakíthatnak ki a 4 vegyértékelektronjukkal. Különösen az egyik, amelyik a szén közvetlen közelében van a periódusos rendszerben itt, ni. Ez a szilícium. A szilícium 14 protonja mellé a semleges atomban 14 elektron társul. Hadd rajzoljam le. Ez itt a szilícium. Most csak az elektronokkal foglalkozunk. A legbelső héján 2 elektronja van. Itt keringenek, persze nem ilyen szép, szabályos pályákon, csak úgy összevissza, a legkisebb energiájú, legbelső héjon. Következik 8 elektron a második héján. Tehát 1..., inkább lerajzolom, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Mind itt nyüzsög a második héjon. A 14-ből eddig megvan 10, tehát 4 elektron van a külső héjon. Tehát 1, 2, 3, 4. Ez a külső héjon levő 4 elektron vesz részt a reakciókban. Ezeket vegyértékelektronoknak nevezzük. Ha csak a vegyértékelektronokat akarjuk ábrázolni, akkor a szilícium vegyjele körül tüntetjük fel a 4 vegyértékelektront. 1, 2, 3, 4 vegyértékelektron, akárcsak a szénnek. Az elektronjaik száma különbözik, ez a 4 vegyértékelektron valójában egy héjjal kijjebb található, de a reakciókban 4 elektronja vesz részt, és valóban 4 kovalens kötést igyekszik kialakítani. Felmerülhet benned, hogy vajon létezhet-e olyan életforma, amely szén helyett szilíciumalapú? Ha felmerül, nem te vagy az első, akinek ez a gondolat szöget üt a fejébe. A tudományos-fantasztikus művek szerzői is eljátszottak ezzel az elmélettel. Ez a kép a „Rém a sötétben” című epizód egyik jelenete az eredeti 1967-es Star Trek sorozatból, ahol Kirk kapitány és az Enterprise utasai összefutnak ezekkel a szilíciumalapú lényekkel. Hortáknak hívják őket, és sokféle érdekes tulajdonságuk van. Egyesek szívesen eljátszanak a szilíciumalapú élet gondolatával, de ha a kémikus szemével nézzük a dolgot, egy kissé le kell hűtenünk a képzeletünket. A szén egyik különlegessége például az, hogy könnyedén kapcsolódik össze más szénatomokkal. A kötések hosszan ismétlődhetnek, így alakulhat ki ezerféle szénhidrogén, változatos szerkezetek, hosszú szénláncok. A szén képes erre, de a szilíciumatomok közötti kötések nem ennyire erősek, és a szilícium nem alakít ki ilyen hosszú láncokat. A szilícium erre nem képes. Még ha egy olyan egyszerű molekulára gondolunk is, mint a metán. Létezik ugyan szilán nevű molekula, de ez nehezen keletkezik, a tulajdonságai is mások, így ez sem olyan jó anyag, mint a metán. Vagy gondoljunk csak a szén-dioxidra. Ebben a szén két kettős kötést alakít ki, és így kapcsolódik két oxigénhez, egyik kettős kötéssel az egyikhez, a másikkal a másikhoz. A szén-dioxidot a mindennapi életben gázként tartjuk számon. A növények beépítik a szervezetükbe, növekedésük során kivonják belőle a szenet, azaz megkötik, mi pedig szén-dioxidot lélegzünk ki. Nélkülözhetetlen az élethez. Kérdezhetnéd, hogy mi a helyzet a szilícium-dioxiddal? A szilícium-dioxid valójában egy nagyon közönséges molekula, elég közönséges vegyület, de nem fordul elő gáz állapotban, abban hőmérsékleti tartományban, amelyet általánosságban az élethez kötünk. A szilícium-dioxid többnyire kvarc formájában fordul elő a földben. Ez itt a kvarc. A szilícium a kötési sajátosságait tekintve messze nem olyan alkalmas anyag, mint a szén. A szilícium és az oxigén között kialakuló kötés nemcsak azzal jár, hogy ez egy szilárd anyag normál hőmérsékleten, amit általában az élethez társítunk, de ezek a kötések rendkívül erősek is. Sokkal erősebbek, mint a szén és az oxigén között. Annyira erősek, hogy ez már megnehezíti azt, hogy megváltozzanak olyan reakciók során, amelyekkel az élő szervezetekben találkozunk. Szóval nagyon érdekes erről fantáziálni, és én sem vetnék el kapásból semmit, úgy vélem, a világmindenség számos olyan meglepetést tartogat, amelyeket ma még elképzelni sem tudunk. De az alapján, amit a kémiáról és az életről tudunk, még ha a szilícium képes is 4 kovalens kötésre, és a vegyértékelektronjanak száma is 4, mégsem ér nyomába sem a szénnek, ha olyan folyamatokről van szó, amelyeket szükségesnek vélünk az élethez.