Kisel \u00e4r ett av jordens tv\u00e5 vanligaste grund\u00e4mnen och anv\u00e4nds i allt fr\u00e5n m\u00e5larf\u00e4rger och datorer till TV-sk\u00e4rmar - men levande organismer har \u00e4nnu inte bildat kol-kiselbindningar mellan sig sj\u00e4lva och kiselmolekyler.<\/p>\n
Forskarna skapade en bakterie med hj\u00e4lp av riktad evolution - en metod som redan anv\u00e4nds i stor utstr\u00e4ckning f\u00f6r att utveckla l\u00e4kemedel, jordbrukskemikalier och br\u00e4nslen. De utgick fr\u00e5n ett elektrontransportprotein som finns i bakterier, Cytokrom C, och som fungerar som ett rel\u00e4 mellan elektroner.<\/p>\n
Kisel (Si) \u00e4r ett icke-metalliskt, tetravalent grund\u00e4mne som \u00e5terfinns i grupp 14 i det periodiska systemet. Detta grund\u00e4mne bildar kovalenta kemiska bindningar med fyra andra atomer f\u00f6r att bilda kovalenta kemiska bindningar; en del av kolfamiljen, det tillh\u00f6r denna grupp och kan bara bilda kovalenta kemiska bindningar med de som formellt har fyra elektroner i sina valensskal. Lewis punktstruktur visar detta grund\u00e4mne med fyra punkter som omger det f\u00f6r att indikera detta faktum.<\/p>\n
Kisel \u00e4r ett rikligt f\u00f6rekommande grund\u00e4mne som f\u00f6rekommer naturligt i jordskorpan i olika bergarter och mineral som sand, kvarts, leror och f\u00e4ltspater, ametist turmalin glimmer asbest zirkon. Ferrokisel, som \u00e4r en viktig r\u00e5vara vid st\u00e5ltillverkning, inneh\u00e5ller ocks\u00e5 kisel som en komponent. Eftersom detta grund\u00e4mne inte f\u00f6rekommer fritt i naturen utan alltid m\u00e5ste kombineras med syre eller andra grund\u00e4mnen f\u00f6r att bilda silikater eller karbider;<\/p>\n
Silikons mest framtr\u00e4dande industriella till\u00e4mpning \u00e4r silikoner, en paraplyterm f\u00f6r polymerer som Silly Putty och Superballs som utg\u00f6r denna klass av material. Silikoner anv\u00e4nds i v\u00e4derbest\u00e4ndiga material, sm\u00f6rjmedel, elektriska isoleringsmaterial och kemikalier som kr\u00e4ver h\u00f6ga temperaturer eller utm\u00e4rkta fysikaliska egenskaper - och silikon \u00e4r inte annorlunda!<\/p>\n
Kisel st\u00e5r i kontrast till kol n\u00e4r det g\u00e4ller elektronegativitet; dess elektronegativitetsv\u00e4rde \u00e4r mycket h\u00f6gre, vilket g\u00f6r det mer elektropositivt \u00e4n kol och hypervalenta element som halogener och nitrogener. Kisel bildar d\u00e4rf\u00f6r l\u00e4tt bindningar med dessa hypervalenta grund\u00e4mnen och halogener samtidigt som det reagerar med v\u00e4te och bildar kol-kiself\u00f6reningar, ofta kallade karbider.<\/p>\n
Kisel \u00e4r en gr\u00e5 halvmetall som har den kemiska f\u00f6rm\u00e5gan att bilda kovalenta bindningar med m\u00e5nga grund\u00e4mnen, precis som kol. Men trots att kisel klassificeras i samma grupp i det periodiska systemet som kol, skiljer sig dess beteende avsev\u00e4rt.<\/p>\n
Kol och kisel har likheter n\u00e4r det g\u00e4ller kemiska egenskaper eftersom de har samma antal valenselektroner som kan bindas till andra atomer, vilket i sin tur avg\u00f6r deras reaktivitet och f\u00f6rm\u00e5ga att bilda olika f\u00f6reningar.<\/p>\n
Kisel har, precis som kol, fyra valenselektroner som g\u00f6r att det kan bilda kovalenta bindningar med andra atomer och molekyler samt organiska f\u00f6reningar som \u00e4r viktiga f\u00f6r att producera viktiga material.<\/p>\n
Kisel \u00e4r ett annat grund\u00e4mne med h\u00f6ga elektronegativitetsv\u00e4rden, vilket inneb\u00e4r att det drar till sig andra atomer mycket starkt och bildar starka bindningar med olika icke-metalliska grund\u00e4mnen, vilket \u00e4r viktigt f\u00f6r att skapa polymerer och andra anv\u00e4ndbara \u00e4mnen.<\/p>\n
Kisel \u00e4r en riklig och reaktiv metall som bildar viktiga f\u00f6reningar med syre, v\u00e4te, kv\u00e4ve, svavel och halogener, liksom med andra grund\u00e4mnen som aluminium. Kisel kan ocks\u00e5 bilda silikider - metall-kisel-legeringar som bildas med de flesta stabila grund\u00e4mnen, inklusive aluminium. Kiselproduktion sker fr\u00e4mst inom slipmedels-, metallurgi- och eldfasthetsindustrin genom att kiselsand reagerar med kol - ofta anv\u00e4nds pulveriserad koks - vid temperaturer mellan 2.200-2.700 grader C. Slutprodukten av denna process kan producera blandningar av kiselkarbid, kolmonoxidgas samt flyktiga silikater.<\/p>\n
Kisel f\u00f6rekommer endast i organismer p\u00e5 jorden genom att kiseldioxid bildas fr\u00e5n syre (O2). Ingen levande form har n\u00e5gonsin varit k\u00e4nd f\u00f6r att syntetisera bindningar mellan kol och n\u00e5got annat element.<\/p>\n
Inte bara strukturell m\u00e5ngfald \u00e4r n\u00f6dv\u00e4ndig f\u00f6r att st\u00f6dja biokemi; kemisk funktionell m\u00e5ngfald m\u00e5ste ocks\u00e5 finnas. Kisels unika kemiska egenskaper ger en potentiell m\u00f6jlighet till s\u00e5dan m\u00e5ngfald n\u00e4r de kombineras med andra grund\u00e4mnen; till exempel har kiselatomer st\u00f6rre kovalent radie som ger bindningar med olika l\u00e4ngder och vinklar, vilket leder till olika ringstrukturer och reaktioner med kolanaloger - egenskaper som bidrar v\u00e4sentligt till organiska kiselmolekyler som sila-venlafaxin (9).<\/p>\n
Syre-kiselkemi g\u00e5r snabbare i vattenbaserade milj\u00f6er p\u00e5 grund av ett \u00f6verskott av molekyl\u00e4rt syre \u00e4n i koldioxidhaltiga l\u00f6sningsmedel, vilket g\u00f6r syre-kiselreaktioner betydligt snabbare f\u00f6r biokemiska reaktioner som involverar organiska molekyler, inklusive proteiner och nukleinsyror. Denna snabba omkopplingsf\u00f6rm\u00e5ga g\u00f6r vatten till en idealisk milj\u00f6 f\u00f6r s\u00e5dana reaktioner.<\/p>\n
Kisels reaktivitet g\u00f6r att det kan bilda hybridstomme f\u00f6r proteinliknande polymerer, vilket \u00f6ppnar upp f\u00f6r nya m\u00f6jligheter in vivo f\u00f6r denna s\u00e4llsynta heteroatom som kisel \u00e4r. Kisel medf\u00f6r dock risker: exponering f\u00f6r kiseldioxidpartiklar kan leda till lungsjukdomar som kallas silikos och som fr\u00e4mst drabbar byggnadsarbetare; inandning av kiseldioxidpulver kan leda till irreversibla f\u00f6r\u00e4ndringar i lungv\u00e4vnaden som resulterar i omfattande fibros och progressiv sjukdom; denna toxikologi utg\u00f6r ett allvarligt hot mot b\u00e5de industriella och konsumenttill\u00e4mpningar av denna teknik.<\/p>\n
Kiselbaserad kemi kan verka tr\u00e5kig j\u00e4mf\u00f6rt med kolbaserad kemi, men det \u00e4r helt enkelt en illusion. Deras reaktioner \u00e4r ganska lika; b\u00e5da elementen producerar organiska molekyler med h\u00f6g molekylvikt som inneh\u00e5ller kol s\u00e5v\u00e4l som andra atomer (se bilaga A).<\/p>\n
Men p\u00e5 grund av ett \u00f6verskott av syre som binder starkt till kiselmolekyler i tid och rum, kan de flesta kiselkemikalier inte existera s\u00e4kert i vattenmilj\u00f6er, vilket begr\u00e4nsar dess roll som en viktig heteroatomkomponent f\u00f6r livet p\u00e5 jorden. Detta faktum begr\u00e4nsar kisels roll som en viktig heteroatomkomponent.<\/p>\n
Alfa-kiseldioxid (a-SiC), med sin Wurtzite-kristallstruktur, \u00e4r den dominerande formen av kisel som finns i naturen; \u00e5 andra sidan har beta-kiseldioxid (b-SiC), med sin zinkblende-kristallstruktur, endast begr\u00e4nsad industriell anv\u00e4ndning.<\/p>\n
Det finns dock fickor av icke-pol\u00e4r, reversibel kemi f\u00f6r kisel i aprotiska l\u00f6sningsmedel som flytande kv\u00e4ve och svavelsyra. Dessutom st\u00f6der dessa l\u00f6sningsmedel bildandet av m\u00e5nga organiska kiselpolymerer med olika sidokedjor - karboxylsyror som bildar amfifila vesiklar eller miceller n\u00e4r de sj\u00e4lvmonteras; alkylgrupper som l\u00e4tt l\u00f6ser sig i icke-pol\u00e4ra l\u00f6sningsmedel; etc.<\/p>\n
Kisel \u00e4r k\u00e4nt f\u00f6r att reagera explosivt med organiska kolst\u00e4llningar i aprotiska l\u00f6sningsmedel, vilket ger upphov till olika kiselkemikalier som kallas zwitterjoniska (med b\u00e5de positiva och negativa laddningar p\u00e5 sin kiselatom) f\u00f6reningar, liksom tricoordinat och pentacoordinat (kisel bundet till fem olika atomer samtidigt) f\u00f6reningar.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon is one of the Earth’s two most abundant elements and used in everything from paints and computers to TV screens – yet living organisms have yet to form carbon-silicon bonds between themselves and silicon molecules. Scientists engineered a bacterium using directed evolution – an approach already widely employed for developing pharmaceuticals, agricultural chemicals and… L\u00e4s mer \"Kisel- och kolbindningarnas kemi<\/span><\/a><\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-497","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/497","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=497"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/497\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":498,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/497\/revisions\/498"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=497"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=497"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=497"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}