Органические соединения - это те соединения, от которых зависит жизнь, и все они содержат углерод. Фактически, определение органического соединения - это соединение, которое содержит углерод. Это шестой по численности элемент во Вселенной, а углерод также занимает шестую позицию в периодической таблице. У него два электрона во внутренней оболочке и четыре во внешней, и именно такое расположение делает углерод таким универсальным элементом. Потому что он может сочетаться по-разному, и потому что углеродные связи достаточно прочны. чтобы оставаться неповрежденным в воде - еще одно требование для жизни - углерод необходим для жизни, как мы знаем Это. Фактически, можно утверждать, что углерод необходим для существования жизни в другом месте во Вселенной, а также на Земле.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Поскольку у него есть четыре электрона на своей второй орбитали, которые могут вместить восемь, углерод может объединяться множеством различных способов и образовывать очень большие молекулы. Углеродные связи прочные и могут оставаться вместе в воде. Углерод - настолько универсальный элемент, что существует почти 10 миллионов различных углеродных соединений.
Это о валентности
Образование химических соединений обычно следует правилу октетов, согласно которому атомы стремятся к стабильности, приобретая или теряя электроны для достижения оптимального числа восьми электронов на своей внешней оболочке. Для этого они образуют ионные и ковалентные связи. При образовании ковалентной связи атом разделяет электроны по крайней мере с одним другим атомом, позволяя обоим атомам достичь более стабильного состояния.
Имея всего четыре электрона во внешней оболочке, углерод в равной степени способен отдавать и принимать электроны, и он может образовывать четыре ковалентные связи одновременно. Молекула метана (CH4) - простой пример. Углерод также может образовывать связи с самим собой, причем эти связи прочные. И алмаз, и графит полностью состоят из углерода. Самое интересное начинается, когда углерод связывается с комбинациями атомов углерода и других элементов, особенно водорода и кислорода.
Образование макромолекул
Рассмотрим, что происходит, когда два атома углерода образуют ковалентную связь друг с другом. Они могут объединяться несколькими способами, и в одном они разделяют одну электронную пару, оставляя открытыми три позиции связи. Пара атомов теперь имеет шесть открытых позиций связывания, и если одна или несколько позиций занято атомом углерода, количество позиций связывания быстро растет. В результате возникают молекулы, состоящие из больших цепочек атомов углерода и других элементов. Эти струны могут расти линейно, или они могут смыкаться и образовывать кольца или гексагональные структуры, которые также могут объединяться с другими структурами с образованием еще более крупных молекул. Возможности практически безграничны. На сегодняшний день химики каталогизировали почти 10 миллионов различных углеродных соединений. Наиболее важными для жизни являются углеводы, которые полностью состоят из углерода, водорода, липидов, белков и нуклеиновых кислот, наиболее известным примером которых является ДНК.
Почему не кремний?
Кремний в периодической таблице является элементом сразу после углерода, и его примерно в 135 раз больше на Земле. Как и углерод, у него всего четыре электрона во внешней оболочке, так почему же макромолекулы, образующие живые организмы, не основаны на кремнии? Основная причина в том, что углерод образует более прочные связи, чем кремний, при благоприятных для жизни температурах, особенно с самим собой. Четыре неспаренных электрона во внешней оболочке кремния находятся на его третьей орбитали, которая потенциально может вместить 18 электронов. С другой стороны, четыре неспаренных электрона углерода находятся на его второй орбитали, которая может вместить только 8, и когда орбиталь заполнена, молекулярная комбинация становится очень стабильной.
Поскольку связь углерод-углерод сильнее, чем связь кремний-кремний, соединения углерода остаются вместе в воде, в то время как соединения кремния распадаются. Помимо этого, другой вероятной причиной доминирования углеродных молекул на Земле является обилие кислорода. Окисление является топливом для большинства жизненных процессов, а побочным продуктом является углекислый газ, представляющий собой газ. Организмы, образованные молекулами на основе кремния, вероятно, также получат энергию от окисления, но поскольку диоксид кремния является твердым веществом, им придется выдыхать твердое вещество.