Снова о двух разновидностях атома углерода

adminnewspb 2018, Статьи из газеты №20 (2018)

Orient Mix. Учитель, предлагая учащимся ролевую игру-суд, говорит c позиции прокурора: я обвиняю оксид углерода в том, что он наносит природе огромный моральный и материальный ущерб. Угарный газ – сильный яд.

Впервые о существовании двух разновидностей углерода Новая космогония заявила в 2004 году на заседании Русского географического общества и в статье 2006 года «Космические истоки абиогенного углерода и его производных» [1]. Последнее сообщение об антагонизме двух углеродов вышло в свет в журнале Норвегии [2]. При этом основное внимание было уделено чужеродному углероду солнечного происхождения, а родной углерод биологической принадлежности остался немножко в тени своего «двоюродного собрата». И что же оказывается? Углерод, активнейшим образом участвующий в формировании биологической ткани: белков и сахаров, настолько мобилен, что его атом не может существовать в свободном состоянии, разве что в виде копоти от случайного неполного сгорания биологических веществ: флоры и фауны (деревьев, шерсти, перьев, костей и т.п.). Самое простое естественное состояние биогенного углерода – это углекислый газ СО2 атмосферы, далее по сложности идут карбонаты лито- и гидросферы. Где проще всего можно прощупать биогенный углерод для сравнения его с абиогенным, поставив их рядом? Прежде всего можно сравнить углекислый газ СО2 и угарный газ СО. Первый – участник естественных биохимических процессов, второй – последствие геохимических превращений, появляющихся в результате человеческой деятельности [2, 10].

Растительное царство. Углекислый газ СО2 участвует в круговороте веществ биосферы на основе процесса фотосинтеза углеводов растениями. В процессе фотосинтеза световая энергия поглощается хлорофиллом – белковым веществом, существующим в двух формах – зелёно-голубой и жёлто-зелёной. Активированный световой энергией хлорофилл расщепляет воду и высвобождает кислород, а водород восстанавливает фермент, необходимый для синтеза углеводов.

В самых общих чертах процесс фотосинтеза может быть описан уравнением:

хлорофилл

6 СО2 + 6 Н2О + энергия световых фотонов → С6 Н12О6 + 6 О2

Рис.1. Молекула хлорофилла – оптически активного катализатора, содержащего 4 кольца-пиррола с 4-мя атомами азота, координированными к центральному атому Mg порфириновой структуры (Журнал «Природа №6, 1962).

Строение хлорофилла напоминает строение гема в гемоглобине (о котором далее пойдёт речь в связи с участием разных атомов углерода), но отличается тем, что вместо атома железа он содержит центральный атом магния Mg. Сравним структуры углекислого газа СО2 на рис.2 и угарного газа СО на рис.3.

Рис.2. Структура углекислого газа СО2, образованного асимметричным биогенным атомом углерода [3,4].

Что представляет собой молекула угарного газа, образованная на основе абиогенного симметричного атома углерода? Это – монооксид углерода, в естественном виде в природе не встречающийся. Образуется в результате техногенной деятельности человека при сжигании угля, нефти, нефтепродуктов, в частности бензина [2, 10].

Рис. 3. Структура угарного газа СО, образованного атомом абиогенного углерода (в центре) с атомом кислорода (слева в другом масштабе).

Структуру молекулы угарного газа СО легко объяснить с помощью метода пульсирующих диполей, применённого в работах [7, 8] к объяснению химической связи молекулы кислорода. Связь атома углерода с диполями атома кислорода 5-м и 6-м может осуществляться как попеременно мерцающая от каждой пары диполей углерода с разностью фаз в половину периода пульсации. Эта мерцающая связь является ни одинарной, ни двойной. В литературе [5, 6] трактуется как тройная, но без должного объяснения, как она возникает. Такую

же тройную связь приписывают карбидам (по существу ацетиленидам) щелочных и щелочноземельных металлов [5], не подозревая, что карбиды образованы абиогенным углеродом. Характер связей в рассмотренных двух оксидах на рис. 2 и 3 аналогичен один другому: в обоих случаях по 4 связи, отличающихся режимом пульсаций. Отличие может заключаться и в величине энергии ионизации двух атомов разного происхождения и соответственно в частоте пульсации диполей.

Какова частота пульсации реагирующих атомов? Для кислорода она определена как ν= 3,292.1015 рад/с = 5,242.1014 Гц [3, 4]. С углеродом сложнее, так как энергия ионизации абиогенного углерода должна отличаться от таковой для биогенного атома. Так какую из них дают для углерода в справочнике [9] по данным Института Нефти и Газа как Wион1=11,26 эВ? При этом обратим внимание на разные значения молярной энтальпии образования СО: ΔН1 = -110,52 кДж/моль, и образования СО2: ΔН2 = -393,52 кДж/моль. Сравнение этих величин в очередной раз подтверждает, что биогенный углерод образует более сильные химические связи по сравнению с абиогенным – почти в 4 раза (3,5727). Разница энергий составляет ΔН2 — ΔН1 = 283 кДж/моль = 2,93 эВ. Так какой должен быть потенциал ионизации у биогенного атома углерода? Не иначе, как Wион2 = 11,26 + 2,93 = 14, 19 эВ. Это уже близко к величине энергии ионизации СО2, составляющей 13,79 эВ [9], которая и должна быть меньше предыдущей. В то же время энергия ионизации молекулы ацетилена 11,406 эВ [9] близка к справочному значению 11,26 эВ для самого атома углерода – абиогенного.

Найдём частоту пульсации атомов биогенного углерода как ν= 14,19 эВ /4,1359.1015 эВ.с= 3,43.1015 рад/с= 5,4.1014 Гц. Это уже очень близко к частоте пульсации атома кислорода 5,24.1014 Гц. И тогда молекула СО2 — очень гармоничное соединение, такое же гармоничное, как молекула воды Н2О с процессом почти совпадающих частот пульсации атома водорода ν=5,235.1014 и

кислорода с ν=5,24.1014 Гц как основы жизнеспособности биологической материи [7, 8].

В отличие от предыдущего, абиогенный оксид СО имеет частоту пульсации атома С, равную ν =11,26 эВ/ 4,1359.10 -15эВ.с =2,72 .1015 рад/с = 4,33.1014 Гц, значительно отличающуюся от частоты пульсации атома кислорода, почти на 20%. В этой молекуле нет ритмичной гармонии между атомами С и О.

Как проверить полученное значение Wион биогенного углерода? Для этого нужен простейший природный карбонат естественного происхождения – им может быть природный мел. Информация всегда под ногами, и даже не очень глубоко! Природный мел как эталон биогенного углерода в кальците СаСО3 .

Мел имеет биологическое происхождение и состоит из обызвествлённых остатков одноклеточных растений и отмерших одноклеточных панцирных моллюсков, оставшихся от мелового периода геологической истории земной коры. Это период 80 млн. летней давности. Попробуем показать структуру молекулы природного мела, построенную на основе атома симметричного биогенного углерода [1, 3]:

Рис. 4. В основе молекулы с центральным биогенным атомом углерода — асимметричная донорно-акцепторная связь.

Молярная энтальпия образования мела Δ Н= 1206 кДж/моль.

Но углекислый кальций может иметь и другое происхождение, не связанное с живым веществом. При высокой температуре соединяя карбид кальция с кислородом, можно получить другую разновидность кальцита с такой же формулой, но с абиогенным углеродом: СаС2 +2О2 = СО + СаСО3.

Карбиды металлов всегда образованы абиогенным углеродом, поскольку в основе карбидов металлов, в том числе карбида кальция СаС2 , лежит углерод кокса или каменного угля [1, 2].

Так что карбонаты могут иметь двоякую природу. В чём проявятся их различия в физических свойствах? Прежде всего – в оптических свойствах двух разновидностей атомов углерода, отражающих их атомную структуру. Посмотрим на структуру кальцита, образовавшегося на основе абиогенного углерода (рис. 5).

Рис. 5. В основе молекулы с центральным абиогенным атомом углерода — симметричная донорно-акцепторная связь.

Как оценить энергию образования карбоната кальция с абиогенным атомом углерода, исходя из величины для природного мела ΔН= 1206 кДж/моль, и уменьшив её в 3,5727 раз?

Ориентировочное значение энергии образования СаСО3 из карбида кальция ΔН= — 337 кДж/моль, энергии распада соответственно ΔН= 337 кДж/моль.

Как проявляются две разновидности атомов углерода в животном мире?

Различия в химических свойствах двух разновидностей атомов углерода очень рельефно обозначаются в процессе кровоснабжения живого организма, осуществляемого с помощью гемоглобина крови.

В гемоглобине крови (биохимическом координационном комплексе) атом железа (II) характеризуется октаэдрической координацией, то есть связывается с 6-ю лигандами [5]. Четверо из них – это атомы азота N порфиринового кольца, а 2 других расположены на оси, перпендикулярной плоскости порфирина. Связываемая гемоглобином молекула кислорода О2 координируется к атому железа с обратной стороны и оказывается заключённой между атомом железа и атомом N остатка гистидина (альфа-аминокислоты). Кислород в альвеолах лёгких соединяется с гемом, присоединяясь к железу гема донорно-акцепторной ковалентной связью на 6-ю координационную связь с образованием оксигемоглобина.

Способность гемоглобина взаимодействовать с СО2 и ионами Н+ не связана с наличием атома Fe2+ в гемах, а определяется другими участками его молекулы, с которыми происходит связывание этих соединений. Что касается диоксида углерода, то он присоединяется к концевой альфа-аминогруппе каждой из 4-х полипептидных цепей с образованием карбаминогемоглобина Н Нb NH COOH, где Нb-гемоглобин. Связывание с гемоглобином углекислого газа СО 2 и ионов водорода снижает его способность связывать кислород, особенно заметное в

периферических тканях с высокой концентрацией СО2. В легочной ткани вследствие уменьшения парциального давления СО2 и превращения гемоглобина в НbO2 освобождается также СО2, находящийся в виде карбаминогемоглобина.

В отличие от СО2, монооксид СО, попадающий в лёгкие вместе с кислородом воздуха, использует его обычную связь контакта с атомом Fe , образуя карбоксигемоглобин вместо оксигемоглобина [5]. В основе соединения не полноценный карбид железа Fe3С, а комплекс, в котором два атома Fe замещены кислородом: Fe = C = О (здесь = — двойная связь), (рис.6).

Рис. 6. Карбоксигемоглобин.

Гем с карбидом железа в центре обладает химической связью в 250 раз более сильной, чем донорно-акцепторная связь в оксигемоглобине между молекулой кислорода, ионом железа и одним из лигандов глобина. Гем с карбидом железа в центре, не имеющий свободного кислорода, перестаёт быть переносчиком О2. Происходит блокировка процесса транспортировки кровью свободного кислорода из лёгких к тканям организма. Таково ядовитое действие СО на живое!

Различие поведения СО и СО2 по отношению к гемоглобину обусловлено различиями природы атомов углерода: в одном случае абиогенного, в другом — биогенного. Не случайно СО2 тяготеет к аминокислотному остатку белка, уже

содержащему подобные биогенные атомы, так что углекислому газу не «приходит в голову» соединиться с атомом железа.

Какой можно сделать вывод из реальных процессов участия в биологической жизни двух разновидностей атомов углерода в пределах двух царств – растительного и животного? Из всего вышеизложенного напрашивается вывод о том, что у двух разных атомов углерода с разными свойствами по отношению к живой материи неоспоримо должны быть два разных значения потенциала ионизации. Одно из них известно: это 11,26 эВ, а другое значение определено в данной работе как 14,19 эВ.

Просим любить и жаловать, так как речь идёт о том самом углероде, из которого состоит биологическая материя, то есть мы с вами.

Литература. 1. Виноградова М.Г. Космические истоки абиогенного углерода и его производных. Известия Русского Географического Общества. Том 138. Вып. 4. 2006. С. 30-36.

  1. Безрук В.И., Виноградова М.Г. Причина и следствие антагонизма биосферы Земли и земных недр. Norwegian Journal of Development of the International Science N18/2018.
  2. Виноградова М.Г. Среди тысяч звёзд. СПб. Недра. 2009. 140 с.
  3. Виноградова М.Г., Скопич Н.Н. В поисках родословной планеты Земля. СПб. Алетейя. 2014. 447 с.
  4. Слейбо У., Персонс Т. Общая химия. М., Мир. 1979. 550 с.
  5. ХИМИЯ. Справочные материалы: Кн. для учащихся. Под ред. Ю.Д. Третьякова. М. Просвещение. 1988. 224 с.
  6. Виноградова М.Г. О разновидностях внутримолекулярной связи с эфиром кислородного атома. IN SITU No 1-2/2017. С. 4-8.
  7. Vinogradova M. New Cosmogony about physical bases of vitality. IN SITU № 12/2016. С. 5-10. .
  8. Рабинович В.А., Хавин Л.Я. Краткий химический справочник. Л. Химия л/о. 1991. 432 с.
  9. YouTube. МКУ 23.07.2014. Виноградова М.Г. и Скопич Н.Н. Решение кардинальной проблемы космогонии. 2014.

17 мая 2018г

ВАДИМ АЛЕКСАНДРОВ,

 ВИКТОР БЕЗРУК,

МАРИЯ ВИНОГРАДОВА,

НИКОЛАЙ СКОПИЧ

Русское географическое общество (РГО),

Международный клуб учёных (МКУ)

Дорогие читатели, поддержите газету! Наша газета в Ваших руках, всё, что Вам нужно сделать, это нажать на кнопку Вконтакте, которая находится выше этой надписи. Вы можете сделать репосты любого числа наших статей. Помогите газете и мы будем писать еще больше, интереснее и активнее!