соединений. Откуда они могли бы возникнуть — не очень ясно. Один из вариантов — это химическое разделение. Но какое, неясно. Во всяком случае, в нашей Солнечной системе такое разделение абсолютно исключено. Можно уверенно утверждать, что ни на одной из ее планет нет естественной среды с гидросферой, состоящей из жидкого фтористого водорода HF. Более того, вряд ли где-то существует жизнь, в основе которой находится фтористый водород. Хотя мы слишком мало знаем о планетах во Вселенной, чтобы делать окончательный категорический вывод. Нам более близок аммиак. Он в больших количествах имеется в нашей планетной системе. Так, он был одной из главных составляющих первичных атмосфер планет земной группы.
Аммиак в большом количестве содержится в атмосферах планет-гигантов Солнечной системы. Он может также присутствовать на некоторых из спутников этих планет. Эти спутники обладают большой отражательной способностью (альбедо), поскольку они покрыты снегом. Это аммиачный снег, который покрывает не только полярные шапки планет, но и более низкоширотные пояса.
Что касается аммиака, то он остается в жидком состоянии до температуры — 77,7 °C. Кипит аммиак при температуре в — 33,4 °C. Это при атмосферном давлении. Значит, аммиак испаряется легче, чем вода, которую он напоминает по своим свойствам как растворитель. Но аммиак мы рассмотрим подробно позднее.
Непростым растворителем является сернистый ангидрид SO2. Дипольный момент его равен 1, 61. Точка замерзания его равна — 75,46 °C. Это только немного выше, чем у аммиака. Сернистый ангидрид выделяется при извержении вулканов. Но он обладает высоким молекулярным весом (64). Поэтому он не может улетучиваться в космическое пространство, если температура атмосферы планеты низкая, а масса планеты малая. Можно предположить, что гидросфера из сернистого ангидрида в определенных условиях вполне возможна. При извержении вулканов выделяются также аммиак и вода. Но они в рассматриваемых здесь условиях будут быстро утеряны. Та же вода, которая не испарится и не уйдет в космическое пространство, тут же вымерзнет при этих температурах, или же она вступит в реакции с SO2 и образует сернистую кислоту H2SO4. При извержении вулканов выделяются также CS2, COS и CH4. Они и войдут в состав атмосферного газа. В его состав войдут азот и аргон. Затем они постепенно окислятся в органических процессах.
В жидком SO2 сульфаты, окислы, хлораты, сульфиды и гидроокиси не растворяются. Зато хорошо растворяются в жидком SO2 йодистые металлы, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые тиоцианаты и ацетаты, а также многие органические соединения. Специалисты склоняются к мысли о том, что SO2 можно всерьез рассматривать в качестве кандидата в жизненосные растворители. В пользу этого свидетельствует несколько очень важных фактов, а точнее, свойств SO2. Это и растворимость органических соединений в SO2, и присутствие его характерных ионных групп в органической химии, и бактериальной серный метаболизм, и другое. SO2 подходит для органической схемы, которая основана на углероде, как элементе, который образует молекулярные цепочки. Но здесь не все так просто. Подставить SO и SO3 вместо Н и ОН нельзя. Нельзя потому, что в системе SO2 имеются двойные связи. Поэтому замена должна быть произведена более творчески. Необходима некоторая перестройка. Основы ее заключены в следующем. Углерод по-прежнему может усваиваться из CO2 с освобождением кислорода. При этом образуются серосодержащие соединения в качестве возможных аналогов нашей земной органики. Так надо модифицировать и все остальные реакции, которые подобны циклу фотосинтеза.
Диапазон температур, в котором SO2 находится в жидком состоянии, простирается от — 75,5 до — 10,2 °C. Это при давлении в одну атмосферу. Если давление меньше, то он сужается. На планетах малой массы атмосферное давление, конечно, меньше одной атмосферы, то есть меньше атмосферного давления на Земле. Что касается скрытой теплоты, то она как для плавления, так и для парообразования ниже, чем для воды. Это 27 и 93 кал/г соответственно. Но при низких температурах приток тепла невелик. Так что колебания температуры должны быть намного меньше, чем на Земле. Поэтому роль величины теплоты скрытого перехода в другое состояние значительно меньше, чем в условиях Земли.
Рассмотрим непротонный растворитель N2O4. Это четыре-хокись азота. Он для азотной кислоты HNO3 представляет собой то же самое, что SO2 для сернистой кислоты. Этот непротонный растворитель специалисты оценивают как хороший. Он образуется в кислородно-азотной атмосфере при разрядке молний. Он может также выделяться при извержении вулканов. Но ожидать, что на планете его окажется очень много (как воды на Земле), не приходится. N2O4 замерзает при температуре — 11 °C. Это мало отличается от температуры замерзания воды (0 °C). N2O4 при низких температурах существует наряду с сернистым ангидридом. В нем четырехокись азота N2O4 нерастворима. Поэтому при низких температурах она должна вымерзать и оседать на дно морей, которые состоят из SO2. При этом она будет представлять из себя что-то вроде песка.
В аспекте жизни специалисты рассматривают и цианистоводородную кислоту HCN. Она имеет схожие температурные пределы жидкой фазы (от –13,4 до +25,6 °C). Она является протонным растворителем. Полагают, что на небольших планетных телах может находиться значительное количество этой кислоты. Это тяжелые молекулы (их молекулярный вес равен 27), поэтому им трудно покинуть планету и улетучиться в космос. Вода и аммиак почти вдвое легче. Поэтому небольшими порциями они улетучиваются и покидают Землю.
Как известно, многие цианистые соединения для земной жизни, основанной на воде, ядовиты. Но очень важно, что характерные водные группы замещаются цианистыми. Это свидетельствует о некотором сродстве. Связи C — N имеют фундаментальное значение в белках и некоторых других органических веществах.
Дипольный момент цианистоводородной кислоты HCN очень велик. Он равен 2,8, тогда как у воды он равен 1,85, а у аммиака — 1,47. Диэлектрическая постоянная у кислоты равна 123. У аммиака — 22, а у воды — 81,1. Это свидетельствует о том, что цианистоводородная кислота является высококачественным ионизирующим растворителем. В этой кислоте металлы либо плохо растворимы, либо вообще не растворимы. Цианистоводородная кислота создает ионы Н+ и CN—. Поэтому в жидкой кислоте серная и соляная кислоты остаются кислотами. А все цианиды являются основаниями.
Дициан С2N2, как полагают, будет атмосферным газом. Он должен принимать участие в реакциях с выделением энергии, как на Земле это происходит при окислении. Если мы заменим воду в нашей (земной) органической химии на HСN, то получим цианистоводородный аналог этой химии. При этом главным элементом молекулярных цепочек остается углерод. Скрытая теплота плавления и скрытая теплота парообразования у HCN имеют вполне приемлемые величины с точки зрения жизни. Они равны соответственно 74 и 323 кал/г. HCN является хорошим теплоизолятором, ее диэлектрическая постоянная значительна. Поэтому жизнь, основанная на цианистом водороде вполне возможна.
Из сказанного выше ясно, что при температурах между 0 °C и –100 °C возможны различные альтернативные схемы органической химии. Обратите внимание на то, что имеются органические растворители с низкой точкой замерзания. Это метиламин CaH3NH2, который замерзает при температуре — 92,5 °C, и метиловый спирт CH3OH. Они вполне могут образоваться в атмосфере, которая первоначально состояла из углеводородов, аммиака и воды. Соляная кислота HCl замерзает при температуре –111 °C. Химически она подобна HF. Однако как растворитель она хуже, чем HF.
Специалисты большие надежды возлагают на окись фтора F2O. Она замерзает при — 224 °C и кипит при — 145 °C. Как ни странно, она является структурным аналогом воды. У F2O связи образуют углы, равные около 105°. У воды они равны 104°. Можно сказать, что фтор — это водород наоборот. Правда, его атомный номер 9, а атомный вес 19. Валентность фтора равна единице, однако вместо одного электрона на внешней оболочке он имеет семь. Ему не хватает одного электрона для того, чтобы иметь электронную структуру инертного газа. Но так как фтор образует ковалентную связь с кислородом и делит с ним электрон, то получается почти такое же распределение зарядов, как и у водорода. Значит F2О должна быть сильно полярным соединением, подобным воде. Она является хорошим ионизирующим растворителем. Само диссоциация (саморазрыв) F2О происходит по такой схеме:
2F2O ^ F3O» + FO+.
Характерными ионами являются F— и FO+. В этом растворителе должны растворяться фтористые соединения, включая BF3 и HF. Эти соединения имеют свойства кислот. Растворяется и вода. Но она дает
