Органічні сполуки - це ті, від яких залежить життя, і всі вони містять вуглець. Насправді, визначення органічної сполуки - це таке, що містить вуглець. Це шостий за поширеністю елемент у Всесвіті, а вуглець також займає шосте місце в періодичній системі. Він має два електрони у внутрішній оболонці та чотири у зовнішній, і саме це розташування робить вуглець таким універсальним елементом. Тому що він може поєднуватися так багато різних способів, і тому, що зв'язки вуглецевих форм є досить міцними залишатися цілим у воді - інша потреба в житті - вуглець є необхідним для життя, як ми знаємо це. Насправді можна навести аргумент, що вуглець необхідний для існування життя деінде у Всесвіті, а також на Землі.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Оскільки на другій орбіталі він має чотири електрони, які вміщують вісім, вуглець може поєднуватися різними способами і утворювати дуже великі молекули. Вуглецеві зв’язки міцні і можуть залишатися разом у воді. Вуглець - настільки універсальний елемент, що існує майже 10 мільйонів різних сполук вуглецю.
Йдеться про Валенсі
Утворення хімічних сполук, як правило, дотримується правила октету, згідно з яким атоми шукають стабільності, отримуючи або втрачаючи електрони, щоб досягти оптимальної кількості восьми електронів у їх зовнішній оболонці. З цією метою вони утворюють іонні та ковалентні зв’язки. Утворюючи ковалентний зв’язок, атом поділяє електрони принаймні з одним іншим атомом, що дозволяє обом атомам досягти більш стабільного стану.
Маючи лише чотири електрони у зовнішній оболонці, вуглець однаково здатний віддавати і приймати електрони, і він може утворювати відразу чотири ковалентні зв’язки. Молекула метану (СН4) - простий приклад. Вуглець також може утворювати зв’язки сам із собою, і зв’язки міцні. Алмаз і графіт складаються повністю з вуглецю. Найцікавіше починається, коли вуглець зв’язується з комбінаціями атомів вуглецю та інших елементів, зокрема водню та кисню.
Утворення макромолекул
Поміркуйте, що відбувається, коли два атоми вуглецю утворюють ковалентний зв’язок між собою. Вони можуть поєднуватися кількома способами, і в одному вони ділять одну електронну пару, залишаючи відкритими три позиції зв’язку. Зараз пара атомів має шість відкритих позицій зв’язку, і якщо один або кілька зайнятий атомом вуглецю, кількість зв’язкових позицій швидко зростає. Результатом є молекули, що складаються з великих струн атомів вуглецю та інших елементів. Ці струни можуть рости лінійно, або вони можуть змикатися і утворювати кільця або гексагональні структури, які також можуть поєднуватися з іншими структурами, утворюючи ще більші молекули. Можливості майже безмежні. На сьогодні хіміки занесли в каталог майже 10 мільйонів різних сполук вуглецю. Найважливіші для життя включають вуглеводи, які повністю утворюються з вуглецем, воднем, ліпідами, білками та нуклеїновими кислотами, найвідомішим прикладом яких є ДНК.
Чому не кремній?
Кремній є елементом, який знаходиться під періодичною системою безпосередньо під вуглецем, і його приблизно в 135 разів більше на Землі. Як і вуглець, у зовнішній оболонці він має лише чотири електрони, то чому макромолекули, що утворюють живі організми, не мають кремнію? Основна причина полягає в тому, що вуглець утворює міцніші зв’язки, ніж кремній, при температурах, сприятливих для життя, особливо з самим собою. Чотири неспарені електрони у зовнішній оболонці кремнію знаходяться на її третій орбіталі, яка потенційно може вмістити 18 електронів. З іншого боку, чотири непарні електрони Карбону знаходяться на його другій орбіталі, яка вміщує лише 8, і коли орбіта заповнена, молекулярна комбінація стає дуже стабільною.
Оскільки вуглець-вуглецевий зв’язок міцніший за зв’язок кремній-кремній, сполуки вуглецю залишаються разом у воді, тоді як сполуки кремнію розпадаються. Крім цього, ще однією ймовірною причиною домінування на Землі молекул вуглецю є велика кількість кисню. Окислення підживлює більшість життєвих процесів, а побічним продуктом є вуглекислий газ, який є газом. Організми, утворені з молекулами на основі кремнію, ймовірно, також отримували б енергію від окислення, але оскільки діоксид кремнію є твердою речовиною, їм довелося б видихати тверду речовину.