首頁 元素周期表趣史

14 Si 矽 混血兒

如果說有一種元素適合科幻小說,那就是矽。它簡直就是介於天然和人工、生物和電子之間的奇怪混合體,自帶各種奇妙結構和古怪行為。科幻作家推測不尋常的生命形式的時候,經常會提到它。

矽在元素周期表中的位置暗示了它強烈的特性反差。它位於兩種完全不同的元素的交界處。一邊的元素與無處不在的有機生命聯係在一起,另一邊的元素則是由人類操縱並融入人工技術世界中。矽在這兩個陣營都有一席之地,它具有生物學上的作用,也開啟了我們所構建的數字世界。

碳元素在生命體內發揮著驚人的生物學功能,矽與它化學上的兄弟——碳有相似之處,這表明矽將是碳的理想替代品。矽存在於我們的體內,尤其是在頭發、骨骼和膠原蛋白中,但它是不是必需的,以及每天的最佳攝入量應該是多少,都很難確定。矽在我們的世界中是如此豐富,遠遠超過碳,可為什麽在我們的食物中卻如此匱乏呢?這很難研究出什麽門道。但這也拋出了一個問題,既然矽如此豐富,化學成分又與碳如此相似,為什麽它沒有在生命中發揮更大的作用?

相比於矽,碳有其優勢。從兩個原子到成千上萬個原子,通過無窮無盡的排列組合,碳可以形成的分子結構數目超越你的想象。矽也可以形成各種大小的在生物學上有用的分子,但種類少得多。如果說我們可以用碳元素演奏複雜的分子交響樂,那用矽元素隻能彈出簡單的鋼琴曲。

生命的另一個要素是化學鍵比較容易被打破和重建,從而使生命得以生長和發展。碳的化學鍵強度“恰到好處”,這使得各種含碳分子比較容易發生重排或重組,這種靈活性使生命過程能夠在我們地球上相對溫和的條件下進行。在化學鍵斷裂和形成過程中所儲存和釋放的能量方麵,矽遠不能與碳相提並論。尤其是矽-矽鍵很弱,但矽-氧鍵很強,這導致地球上大部分的矽元素都以矽酸鹽或沙子(主要成分為二氧化矽)的形式存在著。