A szerves vegyületek azok, amelyektől az élet függ, és mindegyik tartalmaz szenet. Valójában a szerves vegyület definíciója olyan, amely szenet tartalmaz. Ez a világegyetem hatodik leggyakoribb eleme, és a szén is a hatodik helyet foglalja el a periódusos rendszerben. A belső héjában két elektron, a külsőben pedig négy elektron van, és ez az elrendezés teszi a szenet ilyen sokoldalú elemmé. Mivel nagyon sokféle módon kombinálódhat, és mivel a szénformák elég erősek hogy a víz ép maradjon - az élet másik követelménye -, a szén nélkülözhetetlen az élethez, mint tudjuk azt. Valójában érvet lehet felhozni arról, hogy a szén szükséges ahhoz, hogy az élet az univerzumban másutt és a Földön is létezzen.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Mivel a második, nyolc befogadására alkalmas pályáján négy elektron van, a szén sokféle módon kombinálódhat, és nagyon nagy molekulákat képezhet. A szénkötések erősek és együtt maradhatnak a vízben. A szén olyan sokoldalú elem, hogy csaknem 10 millió különféle szénvegyület létezik.
Valenciáról szól
A kémiai vegyületek képződése általában azt az oktettszabályt követi, amely szerint az atomok elektronok megszerzésével vagy elvesztésével keresik a stabilitást, hogy a külső héjban elérjék az optimális nyolc elektron számát. Ennek érdekében ionos és kovalens kötéseket képeznek. A kovalens kötés kialakításakor egy atom legalább egy másik atomdal osztja meg az elektronokat, így mindkét atom stabilabb állapotot érhet el.
Mivel a külső héjban csak négy elektron van, a szén egyformán képes elektront adni és befogadni, és egyszerre négy kovalens kötést képes kialakítani. A metán molekula (CH4) egyszerű példa. A szén kötéseket is képezhet önmagával, és a kötések erősek. A gyémánt és a grafit is teljes egészében szénből áll. A móka akkor kezdődik, amikor a szén kötődik a szénatomok és más elemek, különösen a hidrogén és az oxigén kombinációival.
Makromolekulák képződése
Vizsgáljuk meg, mi történik, ha két szénatom kovalens kötést képez egymással. Többféle módon kombinálódhatnak, és egyben egyetlen elektronpárt osztanak meg, így három kötési pozíció nyitva marad. Az atompárnak most hat nyitott kötési helyzete van, és ha egyet vagy többet szénatom foglal el, akkor a kötési pozíciók száma gyorsan növekszik. Ennek eredményeként nagy szénatomokból és más elemekből álló molekulák jönnek létre. Ezek a húrok lineárisan növekedhetnek, vagy bezáródhatnak és gyűrűket vagy hatszögletű struktúrákat alkothatnak, amelyek más struktúrákkal is kombinálódva még nagyobb molekulákat alkothatnak. A lehetőségek szinte korlátlanok. A vegyészek a mai napig csaknem 10 millió különféle szénvegyületet jegyzékbe vettek. Az élet szempontjából legfontosabbak a szénhidrátok, amelyek teljes egészében szénnel, hidrogénnel, lipidekkel, fehérjékkel és nukleinsavakkal képződnek, amelyek közül a legismertebb példa a DNS.
Miért nem szilícium?
A szilícium a szén-dioxid alatt lévő elem a periódusos rendszerben, és a Földön körülbelül 135-szer több. A szénhöz hasonlóan külső héjában is csak négy elektron van, miért nem szilíciumalapúak az élő szervezeteket alkotó makromolekulák? A fő ok az, hogy a szén erősebb kötéseket képez, mint a szilícium, az életet elősegítő hőmérsékleten, különösen önmagával. A szilícium külső héjában lévő négy párosítatlan elektron a harmadik pályáján található, amely potenciálisan 18 elektron befogadására alkalmas. A Carbon négy párosítatlan elektronja viszont a második pályáján van, amely csak 8-at képes befogadni, és amikor az orbitális rész kitöltődik, a molekuláris kombináció nagyon stabilá válik.
Mivel a szén-szén kötés erősebb, mint a szilícium-szilícium kötés, a szénvegyületek együtt maradnak a vízben, míg a szilíciumvegyületek szétesnek. Emellett a szénalapú molekulák földön való dominanciájának másik valószínű oka az oxigénbőség. Az oxidáció a legtöbb életfolyamatot táplálja, és mellékterméke a szén-dioxid, amely gáz. A szilícium-alapú molekulákkal képzett szervezetek valószínűleg energiát is nyernek az oxidációból, de mivel a szilícium-dioxid szilárd anyag, a szilárd anyagot ki kell lélegezniük.