ორგანული ნაერთებია ისეთები, რომლებზეც სიცოცხლეა დამოკიდებული და ისინი ყველა ნახშირბადს შეიცავს. სინამდვილეში, ორგანული ნაერთის განმარტება არის ის, რომელიც შეიცავს ნახშირბადს. ეს მეექვსე ყველაზე მდიდარი ელემენტია სამყაროში და ნახშირბადს ასევე აქვს მეექვსე ადგილი პერიოდულ სისტემაში. მას აქვს ორი ელექტრონი თავის გარსში და ოთხი გარედან, და სწორედ ეს განლაგება ქმნის ნახშირბადს მრავალმხრივ ელემენტად. იმიტომ, რომ მას შეუძლია სხვადასხვა გზით გაერთიანდეს და რადგან ობლიგაციების ნახშირბადის ფორმები საკმარისად ძლიერია დარჩეს ხელუხლებელი წყალში - სიცოცხლის სხვა მოთხოვნა - ნახშირბადი სიცოცხლისთვის აუცილებელია, როგორც ვიცით ის სინამდვილეში, შეიძლება გაკეთდეს არგუმენტი, რომ ნახშირბადი აუცილებელია იმისთვის, რომ სიცოცხლე არსებობდეს სამყაროში, ისევე როგორც დედამიწაზე.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
იმის გამო, რომ მას აქვს მეორე ელექტრონულ ორბიტალში ოთხი ელექტრონი, რომლებიც იტევს რვას, ნახშირბადს შეუძლია სხვადასხვა გზით გაერთიანდეს და მას შეუძლია შექმნას ძალიან დიდი მოლეკულები. ნახშირბადის ობლიგაციები ძლიერია და მათ წყალში ერთად ყოფნა შეუძლიათ. ნახშირბადი ისეთი მრავალმხრივი ელემენტია, რომ თითქმის 10 მილიონი სხვადასხვა ნახშირბადის ნაერთი არსებობს.
ეს დაახლოებით ვალენსია
ქიმიური ნაერთების წარმოქმნა ზოგადად იცავს ოქტეტის წესს, რომლის მიხედვითაც ატომები ეძებენ სტაბილურობას ელექტრონების მიღებით ან დაკარგვით, რომ მიიღონ ოპტიმალური რიცხვი რვა ელექტრონი თავიანთ გარეთა გარსში. ამ მიზნით, ისინი ქმნიან იონურ და კოვალენტურ კავშირებს. კოვალენტური კავშირის ფორმირებისას, ატომი ელექტრონებს უზიარებს მინიმუმ ერთ სხვა ატომს, რაც საშუალებას აძლევს ორივე ატომს მიაღწიონ უფრო სტაბილურ მდგომარეობას.
ნახშირბადს გარე გარსში მხოლოდ ოთხი ელექტრონი აქვს, თანაბრად შეუძლია გაჩუქოს და მიიღოს ელექტრონები და მას ერთდროულად შეუძლია შექმნას ოთხი კოვალენტური ბმა. მეთანის მოლეკულა (CH4) მარტივი მაგალითია. ნახშირბადის ასევე შეუძლია შექმნას ობლიგაციები თავად, და ობლიგაციები არის ძლიერი. ბრილიანტი და გრაფიტი მთლიანად ნახშირბადისგან შედგება. გართობა იწყება მაშინ, როდესაც ნახშირბადის კავშირი ხდება ნახშირბადის ატომებისა და სხვა ელემენტების კომბინაციებთან, განსაკუთრებით წყალბადთან და ჟანგბადთან.
მაკრომოლეკულების წარმოქმნა
განვიხილოთ რა ხდება, როდესაც ნახშირბადის ორი ატომი კოვალენტურ კავშირს ქმნის ერთმანეთთან. მათ შეუძლიათ გაერთიანდნენ რამდენიმე გზით, და ერთში, ისინი იზიარებენ ერთ ელექტრონულ წყვილს, ხოლო კავშირის სამი პოზიცია ღიაა. ატომების წყვილს ახლა აქვს ექვსი ღია შემაკავშირებელი პოზიცია და თუ ერთი ან მეტი ნახშირბადის ატომს აქვს დაკავებული, შემაკავშირებელ პოზიციების რაოდენობა სწრაფად იზრდება. შედეგია ნახშირბადის და სხვა ელემენტების ატომების დიდი სიმებისგან შემდგარი მოლეკულები. ამ სიმებს შეუძლიათ წრფივი ზრდა, ან მათ შეუძლიათ დაიხუროს და შექმნან რგოლები ან ექვსკუთხა სტრუქტურები, რომლებიც ასევე შეიძლება გაერთიანდეს სხვა სტრუქტურებთან და კიდევ უფრო დიდი მოლეკულების წარმოქმნა. შესაძლებლობები თითქმის უსაზღვროა. დღეისათვის ქიმიკოსებმა შეარჩიეს თითქმის 10 მილიონი სხვადასხვა ნახშირბადის ნაერთი. სიცოცხლისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანია ნახშირწყლები, რომლებიც წარმოიქმნება მთლიანად ნახშირბადთან, წყალბადთან, ლიპიდებთან, ცილებთან და ნუკლეინის მჟავებთან, რომელთა ყველაზე ცნობილი მაგალითია დნმ.
რატომ არ არის სილიციუმი?
სილიციუმი არის პერიოდული სისტემის ნახშირბადის ქვეშ მყოფი ელემენტი და ის დაახლოებით 135-ჯერ მეტია დედამიწაზე. ნახშირბადის მსგავსად, მას გარე გარსში მხოლოდ ოთხი ელექტრონი აქვს, რატომ არ არის მაკრომოლეკულები, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ ორგანიზმებს, სილიციუმის საფუძველზე? მთავარი მიზეზი არის ის, რომ ნახშირბადი ქმნის ძლიერ კავშირებს ვიდრე სილიციუმი სიცოცხლისთვის ხელსაყრელ ტემპერატურაზე, განსაკუთრებით თავისთავად. სილიციუმის გარე გარსში არსებული ოთხი არააწყვილებული ელექტრონი მის მესამე ორბიტალშია, რომელსაც პოტენციურად შეუძლია 18 ელექტრონის განთავსება. ნახშირბადის ოთხი შეუწყვილებელი ელექტრონი თავის მეორე ორბიტალშია, რომელიც მხოლოდ 8-ს იტევს და როდესაც ორბიტალი ივსება, მოლეკულური კომბინაცია ძალიან მდგრადი ხდება.
იმის გამო, რომ ნახშირბად-ნახშირბადის ბმა უფრო ძლიერია ვიდრე სილიციუმ-სილიციუმის ბმა, ნახშირბადის ნაერთები ერთად რჩება წყალში, ხოლო სილიციუმის ნაერთები იშლება. გარდა ამისა, დედამიწაზე ნახშირბადზე დაფუძნებული მოლეკულების დომინირების კიდევ ერთი სავარაუდო მიზეზი ჟანგბადის სიჭარბეა. დაჟანგვა აძლიერებს ცხოვრების უმეტეს პროცესებს, ხოლო სუბპროდუქტი არის ნახშირორჟანგი, რომელიც არის გაზი. სილიციუმზე დაფუძნებული მოლეკებით წარმოქმნილი ორგანიზმები, შესაძლოა, ენერგიას მიიღებენ დაჟანგვისგან, მაგრამ რადგან სილიციუმის დიოქსიდი მყარია, მათ მოუწევთ მყარი ნივთიერების ამოსუნთქვა.