Orgaanilised ühendid on need, millest sõltub elu, ja need kõik sisaldavad süsinikku. Tegelikult on orgaanilise ühendi määratlus selline, mis sisaldab süsinikku. See on universumi kuues kõige arvukam element ja süsinik on ka perioodilisustabeli kuuendal kohal. Selle sisemisel kestal on kaks ja välimisel neli elektroni ning just see paigutus muudab süsiniku nii mitmekülgseks elemendiks. Sest see võib ühendada nii mitmel erineval viisil ja kuna süsiniku vormid on piisavalt tugevad jääda puutumatuks vees - teine elu nõue - on süsinik eluks hädavajalik, nagu me teame seda. Tegelikult võib väita, et süsinik on vajalik selleks, et elu eksisteeriks nii mujal universumis kui ka Maal.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Kuna selle teises orbiidis, kuhu mahub kaheksa, on neli elektroni, võib süsinik kombineeruda mitmel erineval viisil ja see võib moodustada väga suuri molekule. Süsiniksidemed on tugevad ja võivad vees koos püsida. Süsinik on nii mitmekülgne element, et on olemas ligi 10 miljonit erinevat süsinikuühendit.
See on umbes valents
Keemiliste ühendite moodustamisel järgitakse tavaliselt oktetireeglit, mille järgi aatomid otsivad stabiilsust, saades või kaotades elektrone, saavutamaks optimaalse arvu kaheksa elektroni nende väliskestas. Selleks moodustavad nad ioonsed ja kovalentsed sidemed. Kovalentse sideme moodustamisel jagab aatom elektrone vähemalt ühe teise aatomiga, võimaldades mõlemal aatomil saavutada stabiilsem olek.
Ainult nelja elektroniga väliskestal on süsinik võrdselt võimeline elektrone loovutama ja vastu võtma ning see võib moodustada korraga neli kovalentset sidet. Metaanimolekul (CH4) on lihtne näide. Süsinik võib ka iseendaga sidemeid luua ja sidemed on tugevad. Teemant ja grafiit koosnevad mõlemad täielikult süsinikust. Lõbus algab siis, kui süsinik sidub süsinikuaatomite ja muude elementide, eriti vesiniku ja hapniku, kombinatsioonidega.
Makromolekulide moodustumine
Mõelge, mis juhtub, kui kaks süsinikuaatomit moodustavad üksteisega kovalentse sideme. Nad saavad kombineerida mitmel viisil ja ühel viisil jagavad nad ühte elektronipaari, jättes kolm sidumispositsiooni lahti. Aatomipaaril on nüüd kuus avatud sidumisasendit ja kui ühe või enama hõivab süsinikuaatom, kasvab sidumispositsioonide arv kiiresti. Tulemuseks on molekulid, mis koosnevad suurtest süsinikuaatomite ja muude elementide aatomitest. Need stringid võivad kasvada lineaarselt või sulgeda ja moodustada rõngaid või kuusnurkseid struktuure, mis võivad kombineeruda ka teiste struktuuridega, moodustades veelgi suuremad molekulid. Võimalused on peaaegu piiramatud. Praeguseks on keemikud katalooginud ligi 10 miljonit erinevat süsinikuühendit. Elu jaoks on kõige olulisemad süsivesikud, mis moodustuvad täielikult süsiniku, vesiniku, lipiidide, valkude ja nukleiinhapetega, millest tuntuim näide on DNA.
Miks mitte räni?
Räni on perioodilise tabeli süsiniku all olev element ja seda on Maal umbes 135 korda rohkem. Nagu süsinikul, on selle väliskestal ainult neli elektroni, miks ei ole elusorganisme moodustavad makromolekulid ränipõhised? Peamine põhjus on see, et süsinik moodustab elu soodustavatel temperatuuridel ränist tugevamad sidemed, eriti iseendaga. Räni väliskestas asuvad neli paarimata elektroni on selle kolmandas orbiidis, mis mahutab potentsiaalselt 18 elektroni. Süsiniku neli paaristamata elektrit on seevastu teises orbiidis, mis mahutab vaid 8, ja kui orbiit on täidetud, muutub molekulaarne kombinatsioon väga stabiilseks.
Kuna süsinik-süsinik side on tugevam kui räni ja räni side, püsivad süsinikuühendid vees koos, samal ajal kui räniühendid lagunevad. Peale selle on veel üks tõenäoline põhjus süsinikupõhiste molekulide domineerimisel Maal hapniku rohkus. Oksüdeerimine kütab enamikku eluprotsesse ja kõrvalproduktiks on süsinikdioksiid, mis on gaas. Ränipõhiste molekulidega moodustunud organismid saaksid tõenäoliselt energiat ka oksüdatsiooni teel, kuid kuna ränidioksiid on tahke aine, peaksid nad tahket ainet välja hingama.