Номер 2, страница 244 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Почему углерод называют основным элементом живой природы, а кремний — основным элементом неживой природы?

Углерод называют основным элементом живой природы, а кремний — основным элементом неживой природы из-за фундаментальных различий в их химических свойствах, которые определяют их роль в строении мира.

Почему углерод — элемент жизни:

Углерод является идеальной основой для сложных молекул, из которых состоят все живые организмы. Это обусловлено следующими причинами:

• Валентность и стабильность связей. Атом углерода имеет четыре валентных электрона, что позволяет ему формировать четыре прочные ковалентные связи. Это дает возможность создавать сложные и разветвленные молекулярные каркасы.
• Способность к катенации. Углерод обладает уникальной способностью атомов соединяться друг с другом, образуя длинные, устойчивые цепи и кольца. Связь углерод-углерод ($C-C$) очень прочна (энергия связи около $348 \text{ кДж/моль}$), что обеспечивает стабильность «скелетов» гигантских органических молекул, таких как белки и ДНК.
• Разнообразие соединений. Углерод способен образовывать не только одинарные, но и двойные, и тройные связи с другими атомами углерода и с ключевыми для жизни элементами — кислородом, водородом, азотом. Это многократно увеличивает разнообразие возможных структур и функций органических молекул.
• Свойства оксида. Продукт окисления углерода — диоксид углерода ($CO_2$) — является газом, легко растворимым в воде. Это позволяет живым организмам эффективно участвовать в газообмене с окружающей средой (дыхание и фотосинтез) и транспортировать его внутри организма.

Почему кремний — элемент неживой природы:

Кремний, хотя и является химическим аналогом углерода (находится в той же группе периодической системы), не подходит на роль основы жизни, но идеально подходит для формирования геологических структур.

• Распространенность. Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре (после кислорода). Он составляет основу большинства горных пород, песка и глин в виде своего оксида и силикатов.
• Прочность связи с кислородом. Связь кремний-кислород ($Si-O$) исключительно прочна (энергия связи около $452 \text{ кДж/моль}$), гораздо прочнее связи $Si-Si$. Из-за этого кремний в природе существует преимущественно в виде оксида кремния ($SiO_2$) и силикатов — очень стабильных, инертных и тугоплавких соединений, образующих прочные кристаллические решетки. Эти свойства хороши для минералов, но не для динамичных биологических систем.
• Слабость кремниевых цепей. Связь кремний-кремний ($Si-Si$) значительно слабее углеродной (около $226 \text{ кДж/моль}$). Длинные цепочки из атомов кремния (силаны) нестабильны и легко разрушаются, особенно в присутствии воды, которая является основой жизни.
• Свойства оксида. Оксид кремния ($SiO_2$) — это твердое, нерастворимое в воде вещество (песок). Если бы жизнь была основана на кремнии, то выделение такого продукта метаболизма было бы практически невозможным для организма.

Таким образом, химические свойства углерода делают его идеальным для создания динамичного и разнообразного мира органических молекул, в то время как свойства кремния предопределили его роль в качестве строительного материала для стабильных и инертных структур неживой природы.

Ответ: Углерод является основным элементом живой природы благодаря своей уникальной способности образовывать разнообразные и стабильные длинные цепи и кольца, создавая сложные органические молекулы (белки, жиры, углеводы), необходимые для жизни. Его оксид ($CO_2$) — газ, что удобно для обмена веществ. Кремний — основной элемент неживой природы, так как он широко распространен в земной коре и образует сверхпрочные связи с кислородом, формируя инертные и стабильные минералы, такие как песок ($SiO_2$) и силикаты. Цепи из атомов кремния непрочны, а его твердый и нерастворимый оксид несовместим с динамичными процессами живых систем.