¿Química en dos dimensiones espaciales?

Puedes construir organismos complejos.

Los leptones (electrones, muones, etc.) son partículas puntuales y creo que los quarks también pueden considerarse con seguridad como puntos en el espacio. Creo que es seguro considerar que pueden existir en 2D. En consecuencia, aún puede lograr una química complicada ya que puede construir átomos planos y con ellos puede construir moléculas planas, luego proteínas planas y darles a sus proteínas algunos comportamientos complejos como "engancharse" entre sí. Eliminar una dimensión no hace que la mecánica sea imposible.

No creo que debas preocuparte por las órbitas planas.

Las partículas no obedecen a nuestro sentido común de "ubicación", la noción misma de órbita es irrelevante en la mecánica cuántica. Básicamente, están en algún lugar y luego en otro lugar, no se mueven de un lugar a otro, simplemente cambian de alguna manera su ubicación en el espacio-tiempo de acuerdo con la probabilidad de estar allí o allí. Nos da el muy famoso "efecto túnel" que permite que los electrones "se muevan a través" de paredes impenetrables. Lo único que aún debería aplicarse es el principio de exclusión de Pauli y las fuerzas fundamentales.

Aunque se han proporcionado respuestas, creo que es muy importante tener en cuenta que no toda la química sería posible y la formación de proteínas sería imposible.

Los átomos se unen en función de las fuerzas eléctricas, y la estructura y la estabilidad de las moléculas familiares dependen en gran medida de las 3 dimensiones. Por ejemplo, los hidrocarburos son cadenas que requieren 3 dimensiones. Los átomos de hidrógeno forman anillos alrededor de los átomos de carbono que están encadenados entre sí a lo largo de una dimensión diferente.

En el espacio bidimensional, la mecánica de esta estructura no existe. Los enlaces entre los átomos no permitirían "mover" los carbonos más separados para dejar espacio para más hidrógeno (eso rompería el enlace) o forzar a los átomos de hidrógeno a unirse en un solo plano, lo que lo haría inestable (se repelerían entre sí). dado que la valencia del carbono mantiene el enlace con el electrón, los protones expuestos se repelen). No se puede simplemente "aplanar" la estructura y esperar que permanezca estable, especialmente para moléculas más complejas como las proteínas.

Entonces, si bien pueden existir moléculas básicas, e incluso complejas, probablemente no serían similares a nada de lo que experimentamos en el espacio tridimensional. Sin embargo, eso permite cierta creatividad en su escritura, ya que puede justificar cuándo se aplican o no las reglas del espacio tridimensional, si lo desea.

Según esta respuesta de intercambio de pila de física , QCD funciona prácticamente igual en 2D, ¡así que hurra! ¡Obtienes núcleos atómicos estables!

Sin embargo, la menor dimensionalidad significa que hay menos espacio (tanto el "volumen" físico real como el espacio de estado) para que los nucleones se empaqueten en capas de energía, por lo que tiene menos núcleos estables: la tabla periódica se trunca en la parte inferior. Además, la reducción del espacio para los electrones significa que llenas los orbitales más rápido y la tabla periódica se aplasta horizontalmente.

Afortunadamente, sin embargo, la vida no usa mucho la mayor parte de nuestra tabla periódica, por lo que probablemente quede mucha complejidad estructural para que la use su vida 2D.

Presentamos cosas raras de electrones anyónicos. Ya no puede depender de las estadísticas de Fermi para definir la estructura de la capa de energía. Probablemente obtendría una variación significativamente mayor en las propiedades químicas de su conjunto limitado de elementos estables... pero serían mucho más difíciles de predecir y la tabla periódica ya no sería particularmente periódica.

También tiene el problema de que los campos eléctricos 2D solo decaen proporcionalmente a$\frac{1}{r}$, lo que significa que las cargas aisladas no tienen velocidad de escape y es imposible ionizar completamente un átomo aislado. ¡Es bueno que las cargas opuestas se neutralicen! Esto tiene algunas consecuencias divertidas en el sentido de que los átomos 2D pueden absorber fotones arbitrariamente de alta energía; Si bien puede haber brechas de banda de energía que permitan la transparencia a algunas energías más bajas, toda la materia debería terminar opaca a la luz de alta energía. Eso hace que la protección UV de una atmósfera planetaria sea convenientemente fácil, si desea que esta química sustente formas de vida.

No sé mucho de química, pero asumiendo que los átomos pueden existir en dos dimensiones, es decir, los electrones orbitan planamente, entonces seguramente puedes hacer moléculas. El problema, por supuesto, es que cualquier conexión que no sea 2d en estructuras moleculares es imposible, lo cual es una gran limitación.