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这个问题其实可以分解成两个问题:
(1)地球上生物分子的基本框架为什么由4价元素构成?3价或5价元素有什么不好?
(2)在众多4价元素中为什么偏偏选择了碳?用硅有什么不好?
当我向学生们提出上述问题时,大家都觉得很有意思。通过查阅文献,同学们给出了五花八门答案。现总结如下:
问题(1):
四价元素在空间结构上有多样性,在连接时可形成网状、平面状、正四面体或者直接以晶体方式存在。而且由于碳原子形成的键都比较稳定,有机化合物中碳的个数、排列以及取代基的种类、位置都具有高度的随意性,使得有机物数量极其繁多,碳元素多样的排列方式为物种的多样性奠定了基础。
四价元素的化学性质稳定,不容易发生化学反应,为物种的稳定性奠定了基础。五价元素和三价元素无论从空间结构的多样性还是从稳定性上来讲,都不及四价元素。
问题(2):
碳与硅虽然是同族元素,在化学性质上有一定的相似性,但也存在明显区别。例如:硅的分子量大于碳,这会给生物体带来过多的负荷;硅的化学性质比碳活泼,稳定性比碳差。
上述回答基本正确。于是我又出了一道附加题:
请推测:假如地球上有硅架生物(分子基本框架为硅的生物),它们会有那些特征?若硅架生物与碳架生物(分子基本框架为碳的生物)竞争,结果将会怎样?
这下可把大家都难住了……(未完待续)
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GMT+8, 2024-6-16 06:13
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