ей правду, потому что…
К вопросу об аммиачных красавицах
Сегодня ни один уважающий себя фантаст не изобразит инопланетного жителя иначе, как по образу и подобию человека. Нынче, по описанию мастеров (и подмастерьев) научно-фантастического жанра, абориген планетной системы маленькой звездочки в Гончих Псах, обитатель неуютного Плутона и житель восьмой луны пятой планеты Сириуса отличаются от нас, землян, разве что покроем брюк да линиями вечерних платьев. А ведь еще пяток лет назад по страницам научной и околонаучной фантастики бродили странные создания, что дух захватывал… даже у невозмутимых фантастоманов.
Аммиачные прелестницы, фторидные рыцари и жестокосердные кремниевые завоеватели Вселенной со страниц научной фантастики перекочевали теперь на страницы научных и научно-популярных изданий. Разговор о возможных формах жизни ведется сейчас с горячностью, которая оставляет позади даже такие острые проблемы, как загадки чудовища из якутского озера, поиски Атлантиды или обсуждение вопроса, с какой степенью совершенства можно за две недели выучить во сне японский язык.
Известно, как за последние годы расширилось понятие «жизнь». Удивительно ли, что вослед произошло расширение и понятия «живое вещество», то есть того материала, из которого могут быть построены живые организмы. А следовательно, и расширились возможности моделирования (пусть и умозрительного) тех условий, при которых стало возможно возникновение живого вещества.
Нет, мы сейчас не будем рассматривать во всей полноте проблему происхождения жизни. Здесь пойдет речь об условиях, необходимых для того, чтобы живое вещество возникло. И даже не обо всех условиях, а всего об одном — о растворителе, в котором может возникнуть живое вещество.
Известно, что каждый живой организм (уточним: земной организм) в большей или меньшей степени может рассматриваться как водный раствор. Именно отсюда проистекают различного калибра остроумия шутки, в основе которых лежит факт, что человек на сколько-то там процентов состоит из воды. Но бесспорно одно: все известные нам химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность любого организма, могут быть сведены к химическим реакциям в водных растворах.
Тут возникает вопрос: в какой степени наличие воды следует считать общим, обязательным и непременным условием возникновения и развития живого вещества, а также развития и существования живого организма? Ведь химические процессы могут протекать и в неводных растворах. В конце концов, вода — одна из громадного числа жидкостей. Вот та исходная точка, из которой вырастают сложные построения многих специалистов по внеземным формам жизни, придерживающихся романтического мнения, что разнообразные химические реакции могут протекать, скажем, в жидком аммиаке или в легко сжижающемся фтористом водороде, а поэтому вполне разумно предположить существование аммиачной или фторидной форм жизни.
Итак, нам предстоит выяснить, насколько существенны опасения, что от инопланетянина, которого когда-нибудь повстречают земляне, будет нести густым запахом нашатырного спирта или, что было бы уж совсем неприятно, плавиковой кислоты.
Перевести таракана в пар…
Чтобы быть уверенным, что он будет понят, автор хочет напомнить несколько очевидных истин.
Истина первая. Повторение — мать учения (эта свежая мысль адресуется, впрочем, лишь тем читателям, которые сочтут, что сведения, излагаемые далее, относятся к разряду общеизвестных).
Истина вторая. О каких бы формах жизни ни шла речь, живое вещество должно быть совокупностью сложных молекул. Отважиться на «оживление» кристалла хлористого натрия не решаются даже те отчаянные авторы фантастических рассказов, у которых от знакомства со школьными курсами физики, химии и биологии остались лишь непреходящие чувства тоски и страха. Только сложная молекула способна сохранять «память» о тех воздействиях внешней среды, которая в научных работах называется информацией. Информация в данном случае — не только и даже не столько сведения о том, с каким счетом вчера сыграли «Динамо» со «Спартаком», а вся совокупность взаимодействий растительного или животного организма с окружающей средой.
Но сложные молекулы могут образовываться только из более простых в результате длинного ряда химических реакций, которые привели к образованию живого вещества. Самое интересное, что для нас сейчас (но только сейчас, так сказать, в эту читательскую минуту), в общем-то, несущественно, возникла ли жизнь на Земле или занесена на нашу планету спорами или даже мыслящими существами. Ведь так или иначе хотя бы однажды живое вещество должно было возникнуть самопроизвольно[14] в результате последовательных химических превращений.
Истина третья. Сколько-нибудь сложные реакции, приводящие к образованию сложных соединений, могут протекать лишь в растворах или, говоря более общо, в жидкой фазе. Реакции между твердыми (кристаллическими) веществами, во-первых, весьма немногочисленны по сравнению с жидкофазными, а во-вторых, и это самое главное, протекают в сотни, в тысячи раз медленнее, чем реакции в растворах. В самом деле, пусть «сойдутся» два кристаллических соединения, для того чтобы прореагировать друг с другом. Если даже реакция протекает мгновенно, все равно продукта взаимодействия образуется самая малость, потому что этот продукт, образовавшись, преградит доступ реагирующим веществам друг к другу. Чтобы реакция прошла дальше, необходимо, чтобы продукт реакции проследовал (продиффундировал) в глубь каждого из кристаллов, а на его место пришли реагирующие вещества. Диффузия же в кристаллах — процесс настолько медленный, что, существуй наша планета не пять миллиардов лет, а в тысячу раз дольше, все равно этого времени оказалось бы недостаточно, чтобы кристаллы, реагируя друг с другом, образовали живое вещество.
Но ведь возможны еще реакции в газовой фазе — эти уж, как известно, могут протекать очень быстро. Но, увы, возможность образования живого вещества в газовой фазе исключена, потому что…
Истина четвертая… потому что сколько-нибудь сложные соединения не могут существовать в газообразном состоянии. Причина этой нестабильности сложных соединений сурова, драматична и весьма проста. Чем сложнее молекула органического соединения (а самые сложные соединения — органические), тем легче ее «разломать». Дело в том, что по мере усложнения молекулы все меньшая доля энергии приходится на одну химическую связь, в частности на связь между атомами углерода — ту самую связь, благодаря которой и образуются органические соединения и которая обусловливает поразительное разнообразие мира органических соединений.
С другой стороны, чем сложнее химическое соединение, чем более громоздка его молекула, тем выше температура его кипения и тем выше величина удельной энергии испарения (энергии, которую необходимо затратить для перевода одного грамма жидкости в пар). Поэтому у очень сложных соединений энергия испарения превышает удельную энергию связи между отдельными частями молекулы этого соединения, и попытка перевести это соединение в пар (даже при высоком разрежении, когда температура кипения сильно понижается) приводит к драматическому исходу.
В самом деле, можно без труда перевести в пар уксусную кислоту. Но вот перевести в нар таракана, чтобы он при этом остался тараканом, не удалось еще никому, и могу утверждать — и не удастся.
Итак, химические реакции, которые привели к образованию живого вещества, могут протекать лишь в жидкой фазе, в растворе.
Истина пятая. Для того чтобы реакции протекали в растворах, должен быть подходящий растворитель.
Учебник химии планеты Огненная
Автор просит вчитаться в приводимую ниже цитату с максимальным вниманием. Просьба эта вызвана тем, что специалисты-химики, скользнув по цитате взглядом и заметив совсем простенькое уравнение реакции нейтрализации, решат, что здесь ровным счетом ничего нового и, стало быть, ничего стоящего внимания нет. А неспециалисты, которые, боюсь, вынесли еще со школьной скамьи не очень приязненное отношение к химии, постараются пропустить эти «дремучие» подробности. И все же…
«…Таким образом, реакция нейтрализации заключается в том, что кислота, например КОН, взаимодействует с основанием, например НСl, причем это взаимодействие сопровождается образованием соли: KOH + HСl = H2O+KCl».
Нет, в этом отрывке ничего не напутано, и слово «кислота» рядом с химической формулой КОН поставлено не случайно, так же как и слово «основание» — рядом с формулой НСl. Это и не отрывок из фантастической повести, где цитируется отрывок из учебника химии, по которому занимаются аборигены (вернее, аборигенята) планеты Куэк-Уок, что находится в Крабовидной туманности. Не следует думать также, что это выдержка из контрольной работы по химии рвущегося во второгодники семиклассника. Здесь все от первого до последнего слова верно.
Вспомним, как учебник химии (земной, а не куэк-уокский) определяет понятие «кислота»: «Соединение, которое, будучи растворенным в воде, отщепляет катионы водорода Н+». Очень похожими словами учебник дает определение понятия «основание»: «Соединение, которое, будучи растворенным в воде, отщепляет анионы ОН–».
Обратите внимание на то, как настойчиво подчеркиваются в этих формулировках слова «растворенное» и «вода». Случайность? Ну, о случайностях здесь уже столько говорено, что лучше сразу искать причину появления этих слов в определениях самых фундаментальных понятий химии.
«Растворенное»… А затем следует растворять, что сами по себе кислота или основание никаких ионов отщеплять не могут. Вода вступает с претендентами в кислоты и основания в химическое взаимодействие, например HCl + HCl + H2