Un proceso químico que crea huesos de zafiro.

Para citar la respuesta de Logan R. Kearsley a esta pregunta sobre huesos más fuertes de lo normal para hacer humanoides grandes pero proporcionados:

Y si quieres ir un poco más allá... Zafiro

El zafiro es óxido de aluminio, Al2O3. Tiene una resistencia a la compresión de 2 gigapascales, por lo que incluso si acepta algunas pérdidas al incorporarlo a un compuesto biológico, todavía está comenzando muy por delante del hueso natural. Actualmente no se sabe que el aluminio desempeñe un papel importante en la biología, pero está biodisponible en forma de iones (p. ej., como citrato de aluminio) y se acumula en la biosfera, por lo que debería estar disponible en los suministros de alimentos normales, y si la biología puede manejar la puesta cristales de hierro oxidado, ¡estoy seguro de que se puede resolver algo para depositar aluminio oxidado!

Ahora, es cierto que "la biología puede manejar la formación de cristales de hierro oxidado"; en concreto, los dientes de las lapas utilizan bigotes monocristalinos de goethita suspendidos en una matriz de colágeno .

Sin embargo, los zafiros son un poco diferentes de esto. Los zafiros están hechos de corindón con trazas de otros metales que, según la sección de Wikipedia sobre versiones sintéticas , parece requerir temperaturas muy altas, en miles de grados, para formarse; específicamente, temperaturas que parecen incompatibles con la vida tal como la conocemos. Además, algunas de esas reacciones requieren bases(que a veces hacen cosas dobles más malas para la bioquímica terrestre) o flúor. Esta es diferente a la goethita, para la cual no encuentro nada parecido; la goethita aparentemente se forma cuando otros minerales que contienen hierro se desgastan, y no involucra altas temperaturas, bases o similares. Es por eso que las lapas pueden usar goethita para hacer dientes.

Ahora bien, no tengo ni idea de si existe o no una forma de hacer zafiros que no involucre altas temperaturas, productos químicos demasiado ácidos o demasiado básicos u otras condiciones adversas a la vida tal como la conocemos, que es donde usted Adelante.

¿Existe, de hecho, algún tipo de método biológico, capaz de existir dentro de la biología basada en la Tierra, para producir huesos de zafiro, corindón u óxido de aluminio?

Las buenas respuestas explicarán cómo esto se puede deshacer o citarán alguna forma de reacción química capaz de hacer esto que puede existir dentro del cuerpo de una criatura terrestre sin derretirlos, quemarlos, corroerlos o hacer algo desagradable.

Las MEJORES respuestas citarán una reacción química que SÍ implica altas temperaturas, productos químicos básicos y similares, pero dichas mejores respuestas TAMBIÉN proporcionarán una forma de que funcione con la vida terrestre.

tenga en cuenta que el zafiro es solo corindón, a menos que esté agregando deliberadamente trazas de impurezas específicas. ¿Hay alguna razón por la que llamas es zafiro?
@John Es como lo describió Logan R. Kearsley, así que me mantengo fiel a la precisión; Sé que es corindón y mencioné corindón en mi respuesta. Además, es clickbait.
Solo comprobando, ¿has considerado el nácar? El fémur humano registra 205 MPa frente a los 300-500 MPa del nácar. Sin embargo, la resistencia a la tracción del nácar no es tan buena, así que no sé qué tan bien funcionará en última instancia para un esqueleto completo.
@Lemming Lo sé, pero quiero huesos de cristal. Además, estos huesos son para algo MUY grande, donde cada megapascal de resistencia a la compresión cuenta; seguro, técnicamente serán fibras cristalinas de zafiro/corindón suspendidas en una matriz de colágeno, pero es de lo que están hechos esos cristales lo que cuenta.
Creo que su única opción para el procesamiento de aluminio en lo que respecta a la vida terrestre es a través del hidróxido de aluminio, cuyas resistencias a la compresión de todos sus polimorfos, desde doyleita hasta nordstrandita, no son nada del otro mundo. La incorporación de zafiros ya formados sería su mejor opción si desea zafiros como parte de sus huesos.
¿Has pensado en usar diamantes? Es carbono, por lo que debería ser fácilmente procesable por la vida terrestre, solo tiene que encontrar una manera para que la vida realmente lo produzca, 8680 - 16530 MPa resistencia a la compresión matweb.com/search/…

Respuestas (3)

Nada en una biología basada en agua obtendrá óxido de aluminio a temperatura ambiente, todo lo que obtendrá es hidróxido de aluminio o compuestos que tienen el OH - unido al átomo de aluminio.

  • Hidróxido de aluminio - La entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298) es −1277 kJ·mol −1 - esta es una bastante profunda

  • Óxido de aluminio : la entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298) es −1675,7 kJ·mol −1

El óxido de aluminio es más estable que el hidróxido, y es bueno que así sea, de lo contrario no tendríamos aluminio en forma metálica: la capa de óxido compacto que se forma en la superficie del aluminio metálico lo protege de una mayor corrosión.
Pero no sucede que el hidróxido elimine espontáneamente el agua y caiga en un pozo de energía potencial más profundo; se necesita una aplicación externa de energía para activar la reacción de descomposición .

No pude encontrar el valor de la energía de activación para la descomposición del hidróxido de aluminio en su óxido y agua. Pero, dado que tiene que ver con un fuerte calentamiento y la eliminación del agua en forma de vapor , no puede ser inferior a la entalpía de vaporización del agua; si fuera así, vería la "deshidratación" del hidróxido de aluminio por debajo del punto de ebullición. del agua (véase también la ley de Hess ).
Entonces, la energía de activación solo puede ser mayor a 40.66kJ·mol -1 - la triste realidad de que el organismo que intenta obtener óxido de aluminio de su hidróxido tiene que calcinar (es decir, más que hervir) esa agua.

La consecuencia de tener hidróxido de aluminio tan profundo en el "pozo de formación de energía potencial" significa que todas las demás sales (o compuestos iónicos de aluminio - como) serán:

  • hidratado en presencia de agua - obteniendo así aquellas sales básicas de aluminio o aluminatos ; o
  • se descomponen en un ácido débil e hidróxido de aluminio - el caso del alcóxido de aluminio donde el alcohol es forzado a tener un papel de ácido débil - ver trietóxido de aluminio o etóxido de dietilaluminio o isopropóxido de aluminio - debido a su reacción con el agua, estas sustancias serán fuertemente corrosivas (en la categoría GHS05 ); o
  • es insoluble en agua, como el AlPO 4 (que requiere condiciones bastante drásticas para prepararse; la síntesis hidrotermal generalmente ocurre a 200c+ y alta presión).
Dado que el objetivo de las enzimas es reducir o eliminar la energía de activación, no estoy convencido de que tener una gran energía de activación para la deshidratación sea, en sí mismo, una barrera para el uso biológico.
@ LoganR.Kearsley, las enzimas catalizarán reacciones con una energía de activación de aproximadamente la energía de un fotón UV. Repasando esta energía, le pediría a la biología que sea resistente al estrés oxidativo más allá de la capacidad normal de reparación. Y está pidiendo la eliminación de múltiples OH- unidos químicamente a un átomo de Al, en un medio acuoso que se complace en devolverlos.
@LoganR.Kearsley Aquí pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11833776 "la fuerte interacción de Al3+, la principal forma tóxica de Al, con los ligandos donantes de oxígeno (proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos) da como resultado la inhibición de la división celular, la extensión celular y transporte. Aunque la identificación de los genes de tolerancia al Al está en marcha, el mecanismo de su expresión sigue siendo oscuro". Y todos los "artículos similares" están llenos de "toxicidad del aluminio para las plantas", siendo el mayor grado de adaptación la "tolerancia". (continuar)
(ctnd) Dado que las plantas no se pueden mover, uno pensaría que algunas habrían evolucionado para usar Al si hay una ventaja para usarlo (después de todo, muchas plantas usan silicio, incluso si no hay una ventaja metabólica energética para usarlo, es decir, puede no lo use para la comida). Sin embargo, no parece haber sucedido en el caso del aluminio.
Puntos decentes, gracias.

Para citar Wikipedia :

El proceso de Verneuil permite la producción de gemas impecables de zafiro y rubí de un solo cristal de un tamaño mucho más grande que el que normalmente se encuentra en la naturaleza. También es posible cultivar corindón sintético con calidad de gema mediante crecimiento por flujo y síntesis hidrotermal. Debido a la simplicidad de los métodos involucrados en la síntesis de corindón, grandes cantidades de estos cristales están disponibles en el mercado a una fracción del costo de las piedras naturales.

Esto me dice que la gente ya no está interesada en investigar mucho sobre nuevos métodos para formar zafiros sintéticamente. Como dijiste, el aluminio no es utilizado por los organismos. Así que a los biólogos tampoco les interesa. Eso solo deja la especulación.

Hasta donde yo lo entiendo, asume todos los modelos más antiguos de crecimiento de cristales que los cristales crecen monómero por monómero (unidad por unidad). En esta teoría no se han teorizado catalizadores biológicos. Al menos no para cristales minerales como el zafiro. Creo que esto se debe a que los cristales en sí mismos no están biodisponibles. Lo que indica que las enzimas tendrían dificultades para catalizar la adición de nuevos monómeros al cristal. Sin esta catálisis necesitas las condiciones que usan en el crecimiento sintético.

Este artículo de ciencia habla sobre una nueva teoría sobre cómo se forman los cristales. Donde piensan que los cristales también crecen al incorporar partículas más grandes que solo los monómeros. Pero solo salió en 2015 y solo se ha realizado un trabajo limitado con este modelo más nuevo.

En conclusión, la síntesis biológica de zafiro probablemente no sea factible. Aunque no veo ningún problema en salvar el zafiro del entorno.

Es posible que tenga más suerte buscando información sobre la alúmina, ya que el "zafiro" es generalmente formas cristalinas a granel. Aquí hay un artículo sobre la producción de nanofibras de alúmina mediante el electrohilado de fibras poliméricas que contienen aluminio usando isopropóxido de aluminio como un químico orgánico que contiene aluminio... pero el último paso en el proceso es la calcinación a 1100 °C.

Incluso si pudiera manejar biológicamente compuestos como el isopropóxido de aluminio, producir biológicamente tales compuestos a partir de compuestos de aluminio ambientales es una exageración. El calcio y el magnesio están comúnmente presentes en compuestos solubles e insolubles que requieren poca energía para moverse entre ellos, pero el aluminio está presente principalmente como óxidos y aluminosilicatos con los que sería biológicamente muy difícil trabajar.

E incluso si es biológicamente factible, ¿por qué evolucionaría tal sistema? Los tejidos óseos evolucionaron en gran parte para el almacenamiento de calcio y fósforo, que tienen una gran variedad de funciones biológicas. El aluminio realmente no tiene ninguna propiedad química útil que favorezca a los organismos que lo mantienen, y la formación de alúmina sería demasiado difícil de revertir de todos modos.

Sería mejor si la biología de ese organismo no se basara en absoluto en el agua: el isopropóxido de aluminio se descompone en presencia de agua en alcohol isopropílico y Al(OH)3
Algún otro organometálico podría funcionar mejor, el isopropóxido de aluminio es justo lo que usaron en ese documento. No es inconcebible que aísle dichos compuestos en ambientes secos y no reactivos. Sería muy difícil, con pérdidas y requeriría mucha energía, pero no tanto como replicar biológicamente el paso de calcinación.
"Algún otro organometálico podría funcionar mejor": busqué tal, no pude encontrar ninguno.
Un proceso químico que crea huesos de zafiro.
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