Органичните съединения са тези, от които зависи животът, и всички те съдържат въглерод. Всъщност определението за органично съединение е това, което съдържа въглерод. Това е шестият най-разпространен елемент във Вселената, а въглеродът също заема шестата позиция в периодичната таблица. Той има два електрона във вътрешната си обвивка и четири във външната и това е устройството, което прави въглеродът толкова гъвкав елемент. Защото може да се комбинира по толкова много различни начини и защото връзките въглеродни форми са достатъчно силни да останем непокътнати във водата - другото изискване за живот - въглеродът е необходим за живота, както знаем то. Всъщност може да се направи аргумент, че въглеродът е необходим, за да съществува живот другаде във Вселената, както и на Земята.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Тъй като във втората си орбитала има четири електрона, които могат да приемат осем, въглеродът може да се комбинира по много различни начини и може да образува много големи молекули. Въглеродните връзки са силни и могат да останат заедно във вода. Въглеродът е толкова универсален елемент, че съществуват почти 10 милиона различни въглеродни съединения.
Става въпрос за Валенси
Образуването на химични съединения обикновено следва правилото на октета, според което атомите търсят стабилност чрез натрупване или загуба на електрони, за да постигнат оптималния брой от осем електрона във външната си обвивка. За тази цел те образуват йонни и ковалентни връзки. Когато образува ковалентна връзка, атом споделя електрони с поне един друг атом, което позволява на двата атома да постигнат по-стабилно състояние.
Със само четири електрона във външната си обвивка, въглеродът е еднакво способен да дарява и приема електрони и може да образува четири ковалентни връзки наведнъж. Молекулата на метана (СН4) е прост пример. Въглеродът също може да образува връзки със себе си и връзките са силни. Диамантът и графитът се състоят изцяло от въглерод. Забавлението започва, когато въглеродните връзки с комбинации от въглеродни атоми и тези на други елементи, особено водород и кислород.
Образуването на макромолекули
Помислете какво се случва, когато два въглеродни атома образуват ковалентна връзка помежду си. Те могат да се комбинират по няколко начина и по един споделят една електронна двойка, оставяйки три позиции на свързване отворени. Двойката атоми вече има шест отворени позиции на свързване и ако една или повече са заети от въглероден атом, броят на свързващите позиции бързо нараства. Резултатът са молекули, състоящи се от големи струни атоми на въглерод и други елементи. Тези струни могат да растат линейно или могат да се затварят и да образуват пръстени или шестоъгълни структури, които също могат да се комбинират с други структури, за да образуват още по-големи молекули. Възможностите са почти неограничени. Към днешна дата химиците са каталогизирали почти 10 милиона различни въглеродни съединения. Най-важните за живота включват въглехидратите, които се образуват изцяло с въглерод, водород, липиди, протеини и нуклеинови киселини, от които най-известният пример е ДНК.
Защо не силиций?
Силицият е елементът точно под въглерода в периодичната таблица и е около 135 пъти по-богат на Земята. Подобно на въглерода, той има само четири електрона във външната си обвивка, така че защо макромолекулите, които образуват живи организми, не са на основата на силиций? Основната причина е, че въглеродът образува по-силни връзки от силиция при температури, благоприятни за живота, особено със себе си. Четирите несдвоени електрона във външната обвивка на силиция се намират в третата му орбитала, която потенциално може да побере 18 електрона. Четирите несдвоени електрона на Carbon, от друга страна, са във втората му орбитала, която може да побере само 8, а когато орбиталата се запълни, молекулярната комбинация става много стабилна.
Тъй като връзката въглерод-въглерод е по-силна от връзката силиций-силиций, въглеродните съединения остават заедно във вода, докато силициевите съединения се разпадат. Освен това, друга вероятна причина за господството на молекулите на основата на въглерод на Земята е изобилието от кислород. Окисляването подхранва повечето жизнени процеси, а страничен продукт е въглеродният диоксид, който е газ. Организмите, образувани с молекули на основата на силиций, вероятно също биха получили енергия от окисляването, но тъй като силициевият диоксид е твърдо вещество, те ще трябва да издишат твърдо вещество.