Planetas de amoníaco

Lo que hacen las plantas en la Tierra es oxidar (eliminar el hidrógeno) del agua y usar ese hidrógeno para reducir el dióxido de carbono en azúcares. Ese proceso requiere energía. Un análogo con amoníaco y metano sería el siguiente:

2NH3 + C2H4 + Energía -> N2H4 + 2CH4

Lo que sucede es que el amoníaco se está oxidando y sus hidrógenos se están transfiriendo al etileno, para formar Hidracina y Metano. Según Wolfram Alpha, esto requiere 83,2 kj/mol y, por lo tanto, ocurriría en una planta. La reacción inversa liberaría energía, y la hidracina se usaría como alimento.

No soy bioquímico. La bioquímica es súper complicada. Lo siguiente es esencialmente una especulación descabellada, pero con suerte puede ayudar a guiar su pensamiento.

La ecuación general para la fotosíntesis en la tierra es:

Estas son las cosas importantes a tener en cuenta sobre este proceso, desde la perspectiva de cambiarlo. Estas características deben estar presentes para permitir algo parecido a la fotosíntesis que vemos en la tierra moderna:

1. La reacción requiere energía para proceder (es endotérmica), en lugar de liberar energía cuando procede.
2. La salida sólida de la reacción (glucosa) es una reserva de energía lo suficientemente estable como para no descomponerse espontáneamente.
   2. (A) La glucosa es una molécula moderadamente complicada. Esto permite que el sistema bioquímico lo manipule con un buen grado de especificidad utilizando proteínas específicas y minimiza las posibilidades de que cause reacciones secundarias no deseadas.
3. El subproducto de la reacción es un gas, que puede escapar fácilmente de la planta. Los líquidos también están bien, pero no los sólidos (que son difíciles de transportar fuera de la planta)

Usted pregunta sobre el uso del esquema de reacción:

También postula que este amoníaco existe en estado líquido (análogo al agua). Este es tu primer problema: el amoníaco hierve a -33$^{\circ}$C. Esto es un problema porque a esta temperatura, alrededor de 50$^{\circ}$C más frío que en la tierra, y como regla general cada 10$^{\circ}$La diferencia de C da como resultado un factor de cambio de 2 en las velocidades de reacción química. Eso significa que las reacciones en este planeta se llevarán a cabo unas 32 veces más lentamente que en la Tierra, lo que hace que sea poco probable que se produzca una reacción endotérmica como esta.

Tienes algunas maneras de evitar esto. Tal vez su bioquímica incluya una reacción ubicua que es bastante exotérmica, que se usa para calentar localmente la vida lo suficiente como para que las reacciones ocurran a un ritmo razonable. Quizás la vida solo crezca alrededor de puntos calientes geotérmicos, donde la temperatura es localmente más alta y el amoníaco es gaseoso. O tal vez el planeta tiene una temperatura similar a la de la Tierra, pero una presión atmosférica aproximadamente 10 veces más alta, lo que permite que el amoníaco líquido esté a temperatura ambiente (esto probablemente crea su propio conjunto de problemas).

De todos modos, transmitiendo eso, veamos si podemos encontrar un compuesto de nitrógeno moderadamente estable y moderadamente complejo para reemplazar el azúcar. Eso guiará el resto de la reacción. Creo que un aminoácido es probablemente una opción decente. Usaré glicina, porque es simple y esto ya es lo suficientemente difícil como está:

Ahora, tenemos el esquema de reacción.

Podemos (estequiométricamente) satisfacer esta reacción usando ácido propinoico

Con base en una mirada rápida a las entalpías estándar de formación, esta reacción debería ser endotérmica*. Controlar. La glicina es un sólido relativamente estable (lo producimos todo el tiempo en nuestros cuerpos) que es moderadamente complejo (lo suficientemente complejo como para ser utilizado para construir proteínas al menos). Controlar. Estamos consumiendo amoníaco y produciendo metano, como pediste. Controlar.

Así que esta es mi presentación para su fotosíntesis. El siguiente paso es idear cualquier tipo de camino loco que este esquema de reacción pueda usar. Sin embargo, ese tipo de cosas están muy por encima de mi cabeza (incluso la fotosíntesis en la Tierra es realmente muy complicada, involucrando mucha transferencia de electrones y esas cosas), así que aquí es donde los dejaré.

¡Feliz construcción de mundos!

$*$Las entalpías de formación que encontré son las siguientes (redondeadas un poco):

• Amoníaco, -45 kJ/mol
• Ácido propinoico, -510 kJ/mol
• Metano, -75 kJ/mol
• Glicina, 1430 kJ/mol

Por tanto, la reacción global tiene (45 + 510) < (1430 - 75), lo que implica que no será espontánea, con una endotermia neta de unos 800 kJ/mol. Creo que esto es un poco menos de la mitad de la endotermia de la fotosíntesis en la Tierra.

Solo tienes una opción: hidrógeno. Y eso funcionaría bien. Su fotosíntesis es lo contrario de la fotosíntesis en un ambiente oxidante.

El hidrógeno se disuelve en amoníaco. El gas hidrógeno estaría disponible en su atmósfera reductora, flotando en equilibrio con el amoníaco.

Sus criaturas heterótrofas "comen" alcanos de cadena larga al reducirlos al máximo a metano con el hidrógeno, al igual que en nuestro entorno oxidante comemos carbohidratos de cadena larga al oxidarlos al máximo a CO2 con oxígeno.

Sus fotosintetizadores autótrofos producen su alimento alcano extrayendo hidrógeno del CH4 y formando alcanos de cadena larga. CH4 + energía -> H2 + C _x H _2x+2 .
Así como las plantas terrestres extraen oxígeno del CO2 para producir azúcar.

Hoy aprendí que la fotosíntesis debe dar como resultado un compuesto complejo. Bueno, no soy un experto en bioquímica, por lo que es de esperar que aprenda.

Por lo tanto, hay 3 restricciones en la reacción de fotosíntesis. 1. Da como resultado una molécula compleja. 2. Utiliza un mínimo de oxígeno, ya que el único oxígeno accesible está en el hielo de agua, que es relativamente difícil de conseguir. 3. Utiliza nitrógeno para almacenar energía.

He llegado a la siguiente ecuación:

8NH3 + 3C2H4 + 2CO2 -> CONHNH2NOHN2 + 6CH4

Como puede ver, usa un mínimo de oxígeno, da como resultado un compuesto moderadamente complejo y usa mucho nitrógeno.

El etileno debe estar en el lado de los reactivos, de lo contrario no habría lugar para descargar el exceso de hidrógeno inutilizable. El hidrógeno francés escaparía de la atmósfera y, por lo tanto, haría que este mundo fuera un sistema demasiado abierto.

Además, al igual que la glucosa, el CO2N4H6 (el producto alimenticio) puede unirse consigo mismo para formar cadenas. Esto es extremadamente útil como almacén de energía y material estructural.

Usando energías de enlace promedio, esta reacción necesita 1352 kj/mol para proceder, comparable a la fotosíntesis de la Tierra que necesita 2801 kj/mol para proceder.

¡Pero espera! ¡Eso no es todo! El compuesto aquí, cuyo nombre no sé, tiene una densidad de energía mejor que la glucosa. Por gramo si se hace glucosa, se obtienen 11,7 kj. Sin embargo, este químico, CO2N4H6, produce 12,7 kj por gramo.

Nota: El compuesto resultante es como la carbohidrazida excepto que el hidrógeno de uno de los nitrógenos unidos al carbono se reemplaza con un grupo hidróxido.

Espero que esta sea una mejor respuesta.

Gracias a Ilmari Karonen por sus comentarios sobre cómo hacer esto realista.

mundo del cianuro.

Su otra pregunta Apariencia de la atmósfera de un mundo de amoníaco me hizo pensar más sobre esto.

Aquí está mi nueva idea para el ciclo.

1. Fotosíntesis: energía + N2 + CH4 -> HCN + NH3. La energía se almacena en el triple enlace CN.

2. Heterótrofos: NH3 + CN -> CH4 + N2

Admito que estoy luchando mucho con la entalpía de la parte heterótrofa. Publicaría en la pila de química, pero estoy seguro de que sentirán que está debajo de ellos. Cualquier ayuda con eso es bienvenida.

¡Entonces el equivalente de celulosa/azúcar es el caucho de nitrilo!

https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrile_rubber

Un buen polímero para un mundo bajo en oxígeno y un buen equivalente de azúcar.