Organiska föreningar är sådana som livet beror på, och de innehåller alla kol. Faktum är att definitionen av en organisk förening är en som innehåller kol. Det är det sjätte mest förekommande elementet i universum, och kol upptar också den sjätte positionen på det periodiska systemet. Den har två elektroner i sitt inre skal och fyra i den yttre, och det är detta arrangemang som gör kol till ett så mångsidigt element. Eftersom det kan kombineras på så många olika sätt och för att bindningarna är kolformer tillräckligt starka att förbli intakt i vatten - det andra kravet på liv - kol är oumbärligt för livet som vi vet Det. I själva verket kan man argumentera för att kol är nödvändigt för att livet ska finnas någon annanstans i universum såväl som på jorden.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Eftersom den har fyra elektroner i sin andra omlopp, som rymmer åtta, kan kol kombineras på många olika sätt och det kan bilda mycket stora molekyler. Kolbindningar är starka och kan hålla sig ihop i vatten. Kol är ett så mångsidigt element att det finns nästan 10 miljoner olika kolföreningar.
Det handlar om Valency
Bildandet av kemiska föreningar följer i allmänhet oktettregeln genom vilken atomer söker stabilitet genom att få eller förlora elektroner för att uppnå det optimala antalet åtta elektroner i deras yttre skal. För detta ändamål bildar de joniska och kovalenta bindningar. Vid bildande av en kovalent bindning delar en atom elektroner med minst en annan atom, vilket gör att båda atomerna kan uppnå ett mer stabilt tillstånd.
Med endast fyra elektroner i sitt yttre skal är kol lika kapabelt att donera och acceptera elektroner, och det kan bilda fyra kovalenta bindningar samtidigt. Metanmolekylen (CH4) är ett enkelt exempel. Kol kan också bilda bindningar med sig själv och bindningarna är starka. Diamant och grafit består båda helt av kol. Det roliga börjar när kolbindningar med kombinationer av kolatomer och andra element, särskilt väte och syre.
Bildandet av makromolekyler
Tänk på vad som händer när två kolatomer bildar en kovalent bindning med varandra. De kan kombineras på flera sätt, och på ett delar de ett enda elektronpar och lämnar tre bindningspositioner öppna. Atomparret har nu sex öppna bindningspositioner, och om en eller flera är upptagen av en kolatom, växer antalet bindningspositioner snabbt. Molekyler som består av stora strängar av kolatomer och andra element är resultatet. Dessa strängar kan växa linjärt, eller de kan stängas in och bilda ringar eller sexkantiga strukturer som också kan kombineras med andra strukturer för att bilda ännu större molekyler. Möjligheterna är nästan obegränsade. Hittills har kemister katalogiserat nästan 10 miljoner olika kolföreningar. De viktigaste för livet inkluderar kolhydrater, som helt bildas med kol, väte, lipider, proteiner och nukleinsyror, av vilka det mest kända exemplet är DNA.
Varför inte kisel?
Kisel är grundämnet strax under kol i det periodiska systemet, och det är ungefär 135 gånger mer rikligt på jorden. Liksom kol har den bara fyra elektroner i sitt yttre skal, så varför är inte makromolekylerna som bildar levande organismer kiselbaserade? Den främsta anledningen är att kol bildar starkare bindningar än kisel vid livstemperaturer, särskilt med sig själv. De fyra icke-parade elektronerna i kiselns yttre skal är i sin tredje omlopp, som potentiellt kan rymma 18 elektroner. Kolens fyra oparade elektroner, å andra sidan, befinner sig i sin andra omloppsbana, som endast rymmer 8, och när banan är fylld blir molekylkombinationen mycket stabil.
Eftersom kol-kolbindningen är starkare än kisel-kiselbindningen, förblir kolföreningar tillsammans i vatten medan kiselföreningar går sönder. Förutom detta är en annan sannolik anledning till dominansen av kolbaserade molekyler på jorden överflödet av syre. Oxidation driver de flesta livsprocesser, och en biprodukt är koldioxid, som är en gas. Organismer som bildas med kiselbaserade molekyler skulle antagligen också få energi från oxidation, men eftersom kiseldioxid är ett fast ämne måste de andas ut fast material.