Viata – doar chimie si fizica (2)   Leave a comment

8. CARBONUL – un element cu proprietati unice

Dupa cum spuneam, CARBONUL este un element unic, datorita proprietatilor sale fizico-chimice. Are 6 protoni, 6 neutroni si 6 electroni (666, dar nu, nu si-a bagat nici macar Dracu’ coada aici🙂 ) Este un element abundent in Univers (al patrulea dupa Hidrogen, Heliu si Oxigen) si al 15 -lea cel mai abundent pe Terra.

Structura atomului de Carbon

Carbonul isi aranjeaza cei 6 electroni pe  doua straturi, pe stratul exterior ramanand doar 4 electroni fata de „necesarul” normal de 8. Aceasta inseamna ca poate forma o mare varietate de legaturi covalente cu alte elemente (in special hidrogenul, oxigenul, azotul, sulful si fosforul), respectiv pana la patru legaturi simple, una sau doua legaturi duble sau o legatura tripla plus una simpla. Insa proprietile sale unice sunt datorate capacitatii sale de a forma legaturi catenare foarte stabile si de lungime aproape nelimitata cu alti atomi de carbon ! Conceptual vorbind, NU EXISTA LIMITE SUPERIOARE PENTRU DIMENSIUNEA SI COMPLEXITATEA COMPUSILOR CARBONULUI !

Printre proprietatile sale remarcabile se numara si urmatoarele:

– are cele mai inalte puncte de topire si de sublimare dintre toate elementele chimice,  ramanand solid la temperaturi mai inalte decat cele mai mari puncte de topire ale metalelor;

– are numeroase forme alotrope (functie de structura spatiala a legaturilor concatenare) cu caracteristici extrem de diferite (diamant, grafit, grafen, fulerena, nanotuburi de carbon, etc.). Este atat printre cele mai dure substante (diamant, carburi metalice) cat si printre cele mai moi solide (grafit). Poate fi atat transparent (diamant) cat si opac (carbune, grafit). Poate avea structura cristalina sau poate fi amorf. Pe cat de combinativ cu hidrogenul si oxigenul pe atat de rezistent la acizi si baze.

Alotropismului Carbonului

– desi sta la baza tuturor substantelor organice din corpul uman, este extrem de toxic in alte combinatii (cianuri, monoxid de carbon).

– a avut un impact major asupra epocii industriale, in primul rand prin aliajele de fier (OTEL-ul), cat si privind tehnologia de varf (aliaje ultradure, nanotuburi)

– are 2 izotopi naturali stabili dar si izotopul natural radioactiv Carbon-14 cu timp de înjumătăţire de 5730 ani, fiind folosit pentru datarea materialelor care contin carbon;

– „ciclul carbonului” este un fenomen vital, antrenand carbonul între biosferă, atmosferă, hidrosferă şi litosferă. Cea mai mare parte a carbonului din circuit se află sub formă gazoasă, în special sub forma de bioxid de carbon;

– cea mai simplă formă de moleculă organică este hidrocarbura – o mare familie de molecule organice compuse din atomi de hidrogen legaţi de un lanţ de atomi de carbon. Lungimea catenei, catenele laterale (ramificaţii) si grupele funcţionale influenţează proprietatile moleculelor organice.

RETINETI: Sunt cunoscuti pana in acest moment peste 12.000.000 de compusi ai CARBONULUI, fata de numai cateva zeci de mii ai celorlalte elemente chimice ! Dupa cum se vede, VIATA nu s-a folosit  de elemente rare sau slab combinative, ci de un element comun si extrem de versatil. In aceste conditii, ne mai mira ca Viata are la baza compusi complexi ai Carbonului ?

9. CHIMIA ORGANICA

Incepand de la cel mai simplu compus organic – metanul, pana la compusi biologici complexi,  derivatii organici ai carbonului sunt atat de numerosi incat a fost nevoie ca IUPAC sa reglementeze denominatia acestora !

Tipuri de legaturi ale Carbonului

Totalitatea elementelor chimice care intră în compoziţia substanţelor organice poartă numele de elemente organogene, care sunt reprezentate în principal de: C (carbon), H (hidrogen), O (oxigen), N (azot), X (halogeni), S (sulf), P (fosfor), impreuna cu unele metale. Pentru informarea dvs, iata clasificarea succinta a claselor substantele organice :

  • Hidrocarburi saturate: alcani
  • Hidrocarburi nesaturate: alchine, alchene, alcadiene
  • Hidrocarburi aromatice: arene
  • Compuşi organici cu funcţiuni: compuşi halogenaţi, compuşi hidroxilici (alcooli şi fenoli), amide, compuşi carbonilici (aldehide şi cetone), acizi carboxilici
  • Compuşi organici cu acţiune biologică: grăsimi, zaharide, proteine, aminoacizi, vitamine.

In conditii de temperatura adecvate si in prezenta unor catalizatori si enzime, compusii organici simpli TIND SA DEVINA COMPLEXI, prin reactii specifice (substitutie, aditie, oxidare, alchilare, hidrogenare si reducere, nitrare si sulfonare, esterificare, hidrolizare, diazotare si cuplare, condensare si policondensare, polimerizare si copolimerizare.

Asa decurge polimerizarea unor molecule individuale...

In reactiile de polimerizare,  “n” molecule din substanta “S” (=monomer) se unesc formand macromolecule care au aceeasi compoziţie absoluta cu a substantei care polimerizează, insa produsul rezultat are proprietăti complet diferite !

– „n” este gradul de polimerizare al monomerului si poate ajunge pana la cateva mii !

ARN-ul si ADN-ul diverselor celule vii sunt copolimerii unor nucleotide (la randul lor compuse dintr-un heterociclu,  o pentoza plus una sau mai multe grupari fosfat – o sa revenim la acest subiect). Iata, deci, cauza complexitatii „caramizilor” vietii, nimic surprinzator, nimic miraculos, doar chimie…

10. DISTRIBUTIA COMPUSILOR ORGANICI in UNIVERS

Potrivit unor observatii astronomice mai vechi, in Univers sunt destul de raspandite substante cum sunt apa, dioxidul de carbonhidrogenul sulfurat, metanul, amoniacul, acetilena, formaldehida. In ultimii ani tehnologia radiotelescoapelor a avansat si cercetatorii au inceput sa gaseasca din ce in ce mai des dovezi privind distributia vasta a unor substante organice complexe. Iata un exemplu recent:

“Am detectat prezenta unor molecule de antracen intr-un nor dens pe directia stelei Cernis 52 din constelatia Perseus, la circa 700 de ani lumina distanta de Soare”, explica un cercetator spaniol, Susana Iglesias Groth, citat de Science Daily. Dupa parerea sa, urmatorul pas este investigarea prezentei aminoacizilor in aceeasi zona. Si asta pentru ca moleculele de genul celor de antracen sunt prebiotice, iar daca sunt supuse radiatiei ultraviolete si combinate cu apa si amoniac, pot produce aminoacizi si alti compusi esentiali pentru dezvoltarea vietii.

“Acum doi ani”, continua Iglesias, “am gasit dovezi despre existenta unei alte molecule organice, naftalina, in acelasi loc, asa ca totul indica faptul ca am descoperit o formatiune stelara bogata in chimie prebiotica”.

Descoperirea antracenului prin spectrofotometrie

Pana acum, antracenul a fost depistat numai in cadrul meteoritilor, niciodata in mediul interstelar. Forme oxidate ale acestei molecule sunt des intalnite in sistemele vii si sunt active biochimic.

Pe Terra, antracenul oxidat este un compus de baza al speciilor  de aloe si are proprietati antiinflamatorii, iar noua descoperire arata ca o parte din componentele cheie din chimia prebiotica terestra sunt prezente si in materia interstelara.

Un alt eveniment  memorabil, l-a constituit sosirea celebrul meteorit Murchinson, prabusit in Australia in 1969. In acest meteorit de piatra s-au descoperit, pe langa alte substante organice,  PESTE 100 DE AMINOACIZI, inclusiv din categoria celor aflati la baza vietii pe Terra, cum ar fi glicina, alanina, acid glutamic, isovalina, pseudoleucina ! Intr-un studiu din 2010 utilizand un spectroscop de mare rezolutie s-au descoperit peste 14.000 de compusi moleculari intr-un mic fragment din meteorit, estimandu-se ca s-ar putea gasi peste 1.000.000 de substante organice daca s-ar cerceta toate cele 100 de kg ale meteoritului ! Si acest caz nu este singular, in mai multi meteoriti  de acest tip s-au descoperit substante organice…

Fiecare atom isi are locul unic desemnat de proprietatile sale

In concluzie, pana acum am demonstrat ca la scara Universului se manifesta o „inclinatie” naturala de agregare a materiei in forme din ce in ce mai complexe oriunde conditiile permit, „tendinta” generata de insasi structura si proprietatile materiei sub actiunea fortelor fundamentale.

Astfel, devine posibil ca mii de atomi individuali sa-si gaseasca fara gres locul in colosalul „edificiu” a macro-moleculei unui compus organic – fara sa existe un Proiect sau un Arhitect !

Aceleasi simple legi fizico-chimice fac ca unii compusi chimici sa „creasca” si, la nevoie, sa se „repare” (cum se intampla chiar si cu cristalele substantelor anorganice, de pilda). Si mai mult, datorita unor caracteristici mai „maleabile” si mai complexe, substantele organice au proprietati suplimentare, printre care „reorganizarea” chimica a unei molecule in functie de conditiile de mediu si „cresterea” masiva prin polimerizare. Iar divizarea unei formatiuni devenita prea mari fata de conditiile fizice din mediu este un fapt comun…la fel cum un balon de sapun se divide din cauza presiunii osmotice in cada noastra !

Iata cum materia „nevie” are caracteristici foarte asemanatoare cu cea „vie”,  este normal, caci este de fapt una si aceeasi  ! Nu exista un zid, o deosebire fundamentala care separa aceste forme ale materiei, aceasta este numai o prejudecata, intre „viu” si „neviu” este numai o deosebire fizico-chimica la nivel de complexitate care a devenit posibila in anumite conditii. Situatia este intrucatva similara cu situatia apei, care in conditii propice de temperatura/presiune este lichida si „terraformeaza” planete iar in alte cazuri este solida sau gazoasa si planetele raman incremenite sau un iad fierbinte – desi este vorba de aceeasi substanta !!!

In urmatorul post vom discuta despre urmatoarele etape de organizare ale materiei – pana la ce numim „VIU„.

Posted 8 Iulie 2011 by Liviutz in Stiinta

Tagged with , , , , , , , , ,

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s