Organski spojevi su oni o kojima ovisi život i svi oni sadrže ugljik. Zapravo, definicija organskog spoja je ona koja sadrži ugljik. To je šesti najrasprostranjeniji element u svemiru, a ugljik zauzima i šesto mjesto na periodnom sustavu. U svojoj unutarnjoj ljusci ima dva elektrona, a u vanjskoj četiri elektrona, a upravo taj raspored čini ugljik tako svestranim elementom. Zato što se može kombinirati na toliko različitih načina i zato što su veze ugljika dovoljno jake da ostanemo netaknuti u vodi - drugi životni zahtjev - ugljik je neophodan za život kao što znamo to. Zapravo se može iznijeti argument da je ugljik neophodan za život drugdje u svemiru, kao i na Zemlji.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Budući da u svojoj drugoj orbitali ima četiri elektrona, koji mogu primiti osam, ugljik se može kombinirati na mnogo različitih načina i može stvoriti vrlo velike molekule. Ugljične veze su jake i mogu ostati zajedno u vodi. Ugljik je toliko svestran element da postoji gotovo 10 milijuna različitih ugljikovih spojeva.
Riječ je o Valency
Stvaranje kemijskih spojeva općenito slijedi pravilo okteta prema kojem atomi traže stabilnost dobivanjem ili gubljenjem elektrona kako bi postigli optimalan broj od osam elektrona u svojoj vanjskoj ljusci. U tu svrhu tvore ionske i kovalentne veze. Prilikom stvaranja kovalentne veze, atom dijeli elektrone s barem još jednim atomom, omogućujući oba atoma da postignu stabilnije stanje.
Sa samo četiri elektrona u vanjskoj ljusci, ugljik je podjednako sposoban donirati i prihvatiti elektrone te može stvoriti četiri kovalentne veze odjednom. Molekula metana (CH4) je jednostavan primjer. Ugljik također može stvoriti veze sam sa sobom, a veze su jake. Dijamant i grafit u cijelosti su sastavljeni od ugljika. Zabava započinje povezivanjem ugljika s kombinacijama atoma ugljika i ostalih elemenata, posebno vodika i kisika.
Stvaranje makromolekula
Razmotrimo što se događa kada dva atoma ugljika međusobno tvore kovalentnu vezu. Mogu se kombinirati na nekoliko načina, a na jedan dijele jedan elektronski par, ostavljajući tri spojna mjesta otvorenima. Par atoma sada ima šest otvorenih položaja vezivanja, a ako jedan ili više njih zauzima atom ugljika, broj mjesta vezivanja brzo raste. Rezultat su molekule koje se sastoje od velikih nizova atoma ugljika i drugih elemenata. Te žice mogu rasti linearno, ili se mogu zatvoriti i oblikovati prstenove ili heksagonalne strukture koje se također mogu kombinirati s drugim strukturama da bi stvorile još veće molekule. Mogućnosti su gotovo neograničene. Do danas su kemičari katalogizirali gotovo 10 milijuna različitih ugljikovih spojeva. Najvažniji za život uključuju ugljikohidrate koji se u cijelosti tvore s ugljikom, vodikom, lipidima, proteinima i nukleinskim kiselinama, od kojih je najpoznatiji primjer DNA.
Zašto ne silicij?
Silicij je element koji je neposredno ispod ugljika u periodnom sustavu i na Zemlji ga ima oko 135 puta više. Poput ugljika, u vanjskoj ljusci ima samo četiri elektrona, pa zašto makromolekule koje tvore žive organizme nisu na bazi silicija? Glavni razlog je taj što ugljik stvara jače veze od silicija na temperaturama pogodnim za život, posebno sam sa sobom. Četiri nesparena elektrona u vanjskoj ovojnici silicija nalaze se u njegovoj trećoj orbitali, koja potencijalno može primiti 18 elektrona. S druge strane, četiri nesparena elektrona Carbona nalaze se u njegovoj drugoj orbitali, koja može primiti samo 8, a kad se orbitala napuni, molekularna kombinacija postaje vrlo stabilna.
Budući da je veza ugljik-ugljik jača od veze silicij-silicij, ugljikovi spojevi ostaju zajedno u vodi dok se silicijevi spojevi raspadaju. Uz to, još jedan vjerojatni razlog dominacije molekula na bazi ugljika na Zemlji je obilje kisika. Oksidacija potiče većinu životnih procesa, a nusproizvod je ugljični dioksid, koji je plin. Organizmi nastali molekulama na bazi silicija vjerojatno bi također dobili energiju oksidacijom, ali budući da je silicijev dioksid čvrsta tvar, morali bi izdahnuti čvrstu tvar.
