Organiskie savienojumi ir tie, no kuriem ir atkarīga dzīvība, un tie visi satur oglekli. Faktiski organiskā savienojuma definīcija ir tā, kas satur oglekli. Tas ir sestais visumā izplatītākais elements, un ogleklis arī ieņem sesto pozīciju periodiskajā tabulā. Tās iekšējā apvalkā ir divi elektroni, bet ārējā - četri, un tieši šī vienošanās padara oglekli par tik universālu elementu. Jo tas var apvienoties tik dažādos veidos un tāpēc, ka oglekļa formas ir pietiekami spēcīgas lai mēs paliktu neskarti ūdenī - otra dzīvības prasība - ogleklis ir nepieciešams dzīvībai, kā mēs zinām to. Patiesībā var izvirzīt argumentu, ka ogleklis ir nepieciešams, lai dzīvība pastāvētu citur Visumā, kā arī uz Zemes.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Tā kā otrajā orbītā, kurā var ievietot astoņus, ir četri elektroni, ogleklis var apvienoties daudzos dažādos veidos, un tas var veidot ļoti lielas molekulas. Oglekļa saites ir spēcīgas un var palikt kopā ūdenī. Ogleklis ir tik universāls elements, ka pastāv gandrīz 10 miljoni dažādu oglekļa savienojumu.
Tas ir par valentitāti
Ķīmisko savienojumu veidošanās parasti notiek saskaņā ar okteta likumu, saskaņā ar kuru atomi meklē stabilitāti, iegūstot vai zaudējot elektronus, lai sasniegtu optimālo astoņu elektronu skaitu to ārējā apvalkā. Šajā nolūkā tie veido jonu un kovalentās saites. Veidojot kovalento saiti, atoms dala elektronus ar vismaz vienu citu atomu, ļaujot abiem atomiem sasniegt stabilāku stāvokli.
Tā kā ārējā apvalkā ir tikai četri elektroni, ogleklis ir vienlīdz spējīgs ziedot un pieņemt elektronus, un tas var uzreiz izveidot četras kovalentās saites. Metāna molekula (CH4) ir vienkāršs piemērs. Ogleklis var arī izveidot saites ar sevi, un saites ir spēcīgas. Gan dimants, gan grafīts sastāv tikai no oglekļa. Jautrība sākas, kad ogleklis saista ar oglekļa atomu un citu elementu, īpaši ūdeņraža un skābekļa, kombinācijām.
Makromolekulu veidošanās
Apsveriet, kas notiek, kad divi oglekļa atomi veido kovalentu saiti savā starpā. Viņi var apvienoties vairākos veidos, un vienā ziņā viņiem ir viens elektronu pāris, atstājot atvērtas trīs saistīšanās pozīcijas. Atomu pārim tagad ir sešas atvērtas saistīšanās pozīcijas, un, ja vienu vai vairākus aizņem oglekļa atoms, saistīšanās pozīciju skaits ātri palielinās. Rezultāts ir molekulas, kas sastāv no lielām oglekļa un citu elementu atomu virknēm. Šīs virknes var augt lineāri, vai arī tās var noslēgties un veidot gredzenus vai sešstūra formas struktūras, kas var apvienoties arī ar citām struktūrām, veidojot vēl lielākas molekulas. Iespējas ir gandrīz neierobežotas. Līdz šim ķīmiķi ir katalogējuši gandrīz 10 miljonus dažādu oglekļa savienojumu. Dzīvē vissvarīgākie ir ogļhidrāti, kas pilnībā veidojas ar oglekli, ūdeņradi, lipīdiem, olbaltumvielām un nukleīnskābēm, kuru pazīstamākais piemērs ir DNS.
Kāpēc ne Silīcija?
Silīcijs ir elements, kas periodiskajā tabulā atrodas tieši zem oglekļa, un tas uz Zemes ir aptuveni 135 reizes bagātāks. Tāpat kā ogleklim, tā ārējā apvalkā ir tikai četri elektroni, tad kāpēc makromolekulas, kas veido dzīvos organismus, nav uz silīcija bāzes? Galvenais iemesls ir tas, ka ogleklis pie dzīvībai labvēlīgas temperatūras veido stiprākas saites nekā silīcijs, īpaši ar sevi. Četri nepāra elektroni silīcija ārējā apvalkā atrodas tā trešajā orbitālē, kurā potenciāli var ievietot 18 elektronus. Savukārt četri Oglona nesaparotie elektroni atrodas otrajā orbītā, kurā var ievietot tikai 8, un, kad orbitāle ir piepildīta, molekulārā kombinācija kļūst ļoti stabila.
Tā kā oglekļa-oglekļa saite ir stiprāka par silīcija-silīcija saiti, oglekļa savienojumi ūdenī paliek kopā, bet silīcija savienojumi sadalās. Bez tam vēl viens iespējamais iemesls, kāpēc uz Zemes dominē oglekļa bāzes molekulas, ir skābekļa pārpilnība. Oksidēšana veicina lielāko daļu dzīves procesu, un blakusprodukts ir oglekļa dioksīds, kas ir gāze. Organismi, kas izveidoti ar silīcija bāzes molekulām, iespējams, arī iegūtu enerģiju no oksidēšanās, bet, tā kā silīcija dioksīds ir cieta viela, viņiem nāksies izelpot cietās vielas.