Organiske forbindelser er de som livet avhenger av, og de inneholder alle karbon. Definisjonen av en organisk forbindelse er faktisk en som inneholder karbon. Det er det sjette mest utbredte elementet i universet, og karbon inntar også den sjette posisjonen på det periodiske systemet. Den har to elektroner i det indre skallet og fire i det ytre, og det er dette arrangementet som gjør karbon til et så allsidig element. Fordi det kan kombineres på så mange forskjellige måter, og fordi bindingene karbonformer er sterke nok å forbli intakt i vann - det andre kravet for liv - karbon er uunnværlig for livet som vi vet den. Det kan faktisk argumenteres for at karbon er nødvendig for at livet skal eksistere andre steder i universet så vel som på jorden.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Fordi den har fire elektroner i sin andre bane, som har plass til åtte, kan karbon kombineres på mange forskjellige måter, og det kan danne veldig store molekyler. Karbonbindinger er sterke og kan holde seg sammen i vann. Karbon er et så allsidig element at det eksisterer nesten 10 millioner forskjellige karbonforbindelser.
Det handler om Valency
Dannelsen av kjemiske forbindelser følger vanligvis oktettregelen der atomer søker stabilitet ved å skaffe eller miste elektroner for å oppnå det optimale antallet åtte elektroner i deres ytre skall. For dette formål danner de ioniske og kovalente bindinger. Når det dannes en kovalent binding, deler et atom elektroner med minst ett annet atom, slik at begge atomer kan oppnå en mer stabil tilstand.
Med bare fire elektroner i det ytre skallet, er karbon like i stand til å donere og akseptere elektroner, og det kan danne fire kovalente bindinger samtidig. Metanmolekylet (CH4) er et enkelt eksempel. Karbon kan også danne bindinger med seg selv, og bindingene er sterke. Diamant og grafitt består begge av karbon. Moroa begynner når karbon binder seg med kombinasjoner av karbonatomer og de av andre grunnstoffer, spesielt hydrogen og oksygen.
Dannelsen av makromolekyler
Tenk på hva som skjer når to karbonatomer danner en kovalent binding med hverandre. De kan kombineres på flere måter, og på en, de deler et enkelt elektronpar, slik at tre bindingsposisjoner er åpne. Atomparet har nå seks åpne bindingsposisjoner, og hvis en eller flere er okkupert av et karbonatom, vokser antallet av bindingsposisjoner raskt. Molekyler som består av store strenger av karbonatomer og andre grunnstoffer er resultatet. Disse strengene kan vokse lineært, eller de kan lukkes inn og danne ringer eller sekskantede strukturer som også kan kombineres med andre strukturer for å danne enda større molekyler. Mulighetene er nesten ubegrensede. Hittil har kjemikere katalogisert nesten 10 millioner forskjellige karbonforbindelser. De viktigste for livet inkluderer karbohydrater, som er dannet i sin helhet med karbon, hydrogen, lipider, proteiner og nukleinsyrer, hvorav det mest kjente eksemplet er DNA.
Hvorfor ikke silisium?
Silisium er elementet like under karbon i det periodiske systemet, og det er omtrent 135 ganger mer rikelig på jorden. I likhet med karbon har den bare fire elektroner i det ytre skallet, så hvorfor er ikke makromolekylene som danner levende organismer, silisiumbaserte? Hovedårsaken er at karbon danner sterkere bindinger enn silisium ved temperaturer som gir liv, spesielt med seg selv. De fire ikke-parrede elektronene i silikonets ytre skall er i sin tredje bane, som potensielt kan romme 18 elektroner. Karbonens fire uparede elektroner er derimot i sin andre bane, som bare har plass til 8, og når orbitalen er fylt, blir molekylkombinasjonen veldig stabil.
Fordi karbon-karbonbindingen er sterkere enn silisium-silisiumbindingen, forblir karbonforbindelser sammen i vann mens silisiumforbindelser brytes fra hverandre. Foruten dette, er en annen sannsynlig årsak til dominansen av karbonbaserte molekyler på jorden overflod av oksygen. Oksidasjon driver de fleste livsprosesser, og et biprodukt er karbondioksid, som er en gass. Organismer dannet med silisiumbaserte molekyler vil trolig også få energi fra oksidasjon, men siden silisiumdioksid er et fast stoff, vil de måtte puste ut fast stoff.