Por que o carbono é tão importante para os compostos orgânicos?

Os compostos orgânicos são aqueles dos quais a vida depende e todos eles contêm carbono. Na verdade, a definição de composto orgânico é aquela que contém carbono. É o sexto elemento mais abundante do universo, e o carbono também ocupa a sexta posição na tabela periódica. Ele tem dois elétrons em sua camada interna e quatro na externa, e é esse arranjo que torna o carbono um elemento tão versátil. Porque ele pode se combinar de muitas maneiras diferentes, e porque as formas de carbono das ligações são fortes o suficiente para permanecer intacto na água - o outro requisito para a vida - o carbono é indispensável para a vida como a conhecemos isto. Na verdade, pode-se argumentar que o carbono é necessário para a existência de vida em outras partes do universo, bem como na Terra.

TL; DR (muito longo; Não li)

Como tem quatro elétrons em seu segundo orbital, que pode acomodar oito, o carbono pode se combinar de muitas maneiras diferentes e formar moléculas muito grandes. As ligações de carbono são fortes e podem permanecer juntas na água. O carbono é um elemento tão versátil que existem quase 10 milhões de compostos de carbono diferentes.

É sobre valência

A formação de compostos químicos geralmente segue a regra do octeto pela qual os átomos buscam estabilidade ganhando ou perdendo elétrons para atingir o número ideal de oito elétrons em sua camada externa. Para tanto, eles formam ligações iônicas e covalentes. Ao formar uma ligação covalente, um átomo compartilha elétrons com pelo menos um outro átomo, permitindo que ambos os átomos atinjam um estado mais estável.

Com apenas quatro elétrons em sua camada externa, o carbono é igualmente capaz de doar e aceitar elétrons e pode formar quatro ligações covalentes de uma vez. A molécula de metano (CH4) é um exemplo simples. O carbono também pode formar laços consigo mesmo, e os laços são fortes. Diamante e grafite são compostos inteiramente de carbono. A diversão começa quando o carbono se liga a combinações de átomos de carbono e de outros elementos, principalmente hidrogênio e oxigênio.

A formação de macromoléculas

Considere o que acontece quando dois átomos de carbono formam uma ligação covalente entre si. Eles podem se combinar de várias maneiras, e em uma, eles compartilham um único par de elétrons, deixando três posições de ligação abertas. O par de átomos agora tem seis posições de ligação abertas e, se uma ou mais estiver ocupada por um átomo de carbono, o número de posições de ligação aumenta rapidamente. O resultado são moléculas que consistem em grandes cadeias de átomos de carbono e outros elementos. Essas cordas podem crescer linearmente ou podem se fechar e formar anéis ou estruturas hexagonais que também podem se combinar com outras estruturas para formar moléculas ainda maiores. As possibilidades são quase ilimitadas. Até o momento, os químicos catalogaram quase 10 milhões de compostos de carbono diferentes. Os mais importantes para a vida são os carboidratos, que são formados inteiramente com carbono, hidrogênio, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, dos quais o exemplo mais conhecido é o DNA.

Por que não silício?

O silício é o elemento logo abaixo do carbono na tabela periódica e é cerca de 135 vezes mais abundante na Terra. Como o carbono, ele tem apenas quatro elétrons em sua camada externa, então por que as macromoléculas que formam os organismos vivos não são baseadas em silício? A principal razão é que o carbono forma ligações mais fortes do que o silício em temperaturas que levam à vida, especialmente consigo mesmo. Os quatro elétrons não emparelhados na camada externa do silício estão em seu terceiro orbital, que pode potencialmente acomodar 18 elétrons. Os quatro elétrons desemparelhados do carbono, por outro lado, estão em seu segundo orbital, que pode acomodar apenas 8, e quando o orbital é preenchido, a combinação molecular se torna muito estável.

Como a ligação carbono-carbono é mais forte do que a ligação silício-silício, os compostos de carbono permanecem juntos na água enquanto os compostos de silício se separam. Além disso, outra provável razão para o domínio das moléculas baseadas em carbono na Terra é a abundância de oxigênio. A oxidação alimenta a maioria dos processos vitais e um subproduto é o dióxido de carbono, que é um gás. Organismos formados com moléculas baseadas em silício provavelmente também obteriam energia da oxidação, mas como o dióxido de silício é um sólido, eles teriam que exalar matéria sólida.

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