Οι οργανικές ενώσεις είναι αυτές από τις οποίες εξαρτάται η ζωή και όλες περιέχουν άνθρακα. Στην πραγματικότητα, ο ορισμός μιας οργανικής ένωσης είναι αυτός που περιέχει άνθρακα. Είναι το έκτο πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και ο άνθρακας καταλαμβάνει επίσης την έκτη θέση στον περιοδικό πίνακα. Έχει δύο ηλεκτρόνια στο εσωτερικό του κέλυφος και τέσσερα στο εξωτερικό, και αυτή η διάταξη κάνει τον άνθρακα τόσο ευέλικτο στοιχείο. Επειδή μπορεί να συνδυαστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και επειδή οι μορφές άνθρακα των δεσμών είναι αρκετά ισχυρές να παραμείνει άθικτο στο νερό - η άλλη απαίτηση για τη ζωή - ο άνθρακας είναι απαραίτητος για τη ζωή όπως γνωρίζουμε το. Στην πραγματικότητα, μπορεί να υποστηριχθεί ότι ο άνθρακας είναι απαραίτητος για να υπάρχει ζωή σε άλλα μέρη του σύμπαντος καθώς και στη Γη.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Επειδή έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στη δεύτερη τροχιά του, τα οποία μπορούν να φιλοξενήσουν οκτώ, ο άνθρακας μπορεί να συνδυαστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και μπορεί να σχηματίσει πολύ μεγάλα μόρια. Οι δεσμοί άνθρακα είναι ισχυροί και μπορούν να παραμείνουν μαζί στο νερό. Ο άνθρακας είναι ένα τόσο ευέλικτο στοιχείο που υπάρχουν σχεδόν 10 εκατομμύρια διαφορετικές ενώσεις άνθρακα.
Είναι για το Valency
Ο σχηματισμός χημικών ενώσεων γενικά ακολουθεί τον κανόνα οκτάδας με τον οποίο τα άτομα επιζητούν σταθερότητα κερδίζοντας ή χάνοντας ηλεκτρόνια για να επιτύχουμε τον βέλτιστο αριθμό οκτώ ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος τους. Για το σκοπό αυτό, σχηματίζουν ιοντικούς και ομοιοπολικούς δεσμούς. Κατά τον σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού, ένα άτομο μοιράζεται ηλεκτρόνια με τουλάχιστον ένα άλλο άτομο, επιτρέποντας και στα δύο άτομα να επιτύχουν μια πιο σταθερή κατάσταση.
Με μόνο τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, ο άνθρακας είναι εξίσου ικανός να δωρίζει και να δέχεται ηλεκτρόνια και μπορεί να σχηματίσει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς ταυτόχρονα. Το μόριο μεθανίου (CH4) είναι ένα απλό παράδειγμα. Ο άνθρακας μπορεί επίσης να σχηματίσει δεσμούς με τον εαυτό του και οι δεσμοί είναι ισχυροί. Το διαμάντι και ο γραφίτης αποτελούνται εξ ολοκλήρου από άνθρακα. Η διασκέδαση ξεκινά όταν ο άνθρακας συνδέεται με συνδυασμούς ατόμων άνθρακα και εκείνων άλλων στοιχείων, ιδιαίτερα υδρογόνου και οξυγόνου.
Ο σχηματισμός μακρομορίων
Σκεφτείτε τι συμβαίνει όταν δύο άτομα άνθρακα σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ τους. Μπορούν να συνδυαστούν με διάφορους τρόπους και με έναν, μοιράζονται ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων, αφήνοντας ανοιχτές τρεις θέσεις σύνδεσης. Το ζεύγος ατόμων έχει τώρα έξι ανοικτές θέσεις σύνδεσης και εάν ένα ή περισσότερα άτομα καταλαμβάνεται από ένα άτομο άνθρακα, ο αριθμός των θέσεων σύνδεσης αυξάνεται γρήγορα. Το αποτέλεσμα είναι μόρια που αποτελούνται από μεγάλες σειρές ατόμων άνθρακα και άλλων στοιχείων. Αυτές οι χορδές μπορούν να αναπτυχθούν γραμμικά, ή μπορούν να κλείσουν και να σχηματίσουν δακτυλίους ή εξαγωνικές δομές που μπορούν επίσης να συνδυαστούν με άλλες δομές για να σχηματίσουν ακόμη μεγαλύτερα μόρια. Οι δυνατότητες είναι σχεδόν απεριόριστες. Μέχρι σήμερα, οι χημικοί έχουν καταγράψει περίπου 10 εκατομμύρια διαφορετικές ενώσεις άνθρακα. Το πιο σημαντικό για τη ζωή περιλαμβάνουν υδατάνθρακες, οι οποίοι σχηματίζονται εξ ολοκλήρου με άνθρακα, υδρογόνο, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα, από τα οποία το πιο γνωστό παράδειγμα είναι το DNA.
Γιατί όχι το πυρίτιο;
Το πυρίτιο είναι το στοιχείο λίγο κάτω από τον άνθρακα στον περιοδικό πίνακα και είναι περίπου 135 φορές πιο άφθονο στη Γη. Όπως ο άνθρακας, έχει μόνο τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, γιατί γιατί δεν είναι τα μακρομόρια που σχηματίζουν ζωντανούς οργανισμούς με βάση το πυρίτιο; Ο κύριος λόγος είναι ότι ο άνθρακας σχηματίζει ισχυρότερους δεσμούς από το πυρίτιο σε θερμοκρασίες που ευνοούν τη ζωή, ειδικά με τον εαυτό του. Τα τέσσερα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος του πυριτίου βρίσκονται στο τρίτο τροχιακό του, το οποίο μπορεί ενδεχομένως να φιλοξενήσει 18 ηλεκτρόνια. Τα τέσσερα μη ζεύγη ηλεκτρόνια του άνθρακα, από την άλλη πλευρά, βρίσκονται στο δεύτερο τροχιακό του, το οποίο μπορεί να φιλοξενήσει μόνο 8, και όταν το τροχιακό γέμισμα, ο μοριακός συνδυασμός γίνεται πολύ σταθερός.
Επειδή ο δεσμός άνθρακα-άνθρακα είναι ισχυρότερος από τον δεσμό πυριτίου-πυριτίου, οι ενώσεις άνθρακα παραμένουν μαζί στο νερό ενώ οι ενώσεις πυριτίου διαλύονται. Εκτός αυτού, ένας άλλος πιθανός λόγος για την κυριαρχία των μορίων με βάση τον άνθρακα στη Γη είναι η αφθονία του οξυγόνου. Η οξείδωση τροφοδοτεί τις περισσότερες διαδικασίες ζωής και ένα υποπροϊόν είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο είναι αέριο. Οι οργανισμοί που σχηματίζονται με μόρια με βάση το πυρίτιο πιθανότατα θα λάβουν επίσης ενέργεια από την οξείδωση, αλλά επειδή το διοξείδιο του πυριτίου είναι ένα στερεό, θα πρέπει να εκπνέουν στερεά ύλη.