Зміст
Органічні сполуки - це ті, від яких залежить життя, і всі вони містять вуглець. Насправді визначення органічної сполуки - це те, що містить вуглець. Це шостий найпоширеніший елемент у Всесвіті, а вуглець також займає шосте місце в періодичній таблиці. Він має два електрони у своїй внутрішній оболонці і чотири у зовнішній, і саме це розташування робить вуглець таким універсальним елементом. Тому що він може поєднуватися на стільки різних способів, і тому що вуглецеві форми вуглецю є досить міцними, щоб залишатися неушкодженими у воді - інша вимога до життя - вуглець необхідний для життя, як ми це знаємо. Насправді можна зробити аргумент, що вуглець необхідний для життя, щоб існувати в інших місцях Всесвіту, а також на Землі.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Оскільки він має чотири електрони у своїй другій орбіталі, яка вміщує вісім, вуглець може поєднуватися різними способами, і він може утворювати дуже великі молекули. Вуглецеві зв’язки міцні і можуть залишатися разом у воді. Вуглець - такий універсальний елемент, що існує майже 10 мільйонів різних вуглецевих сполук.
Про Валенті
Утворення хімічних сполук, як правило, слідує октетному правилу, за яким атоми домагаються 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 ділить електрони щонайменше з одним іншим атомом, дозволяючи обом атомам досягти більш стабільного стану.
Маючи лише чотири електрони у своїй зовнішній оболонці, вуглець однаково здатний дарувати та приймати електрони, і він може утворювати відразу чотири ковалентні зв’язки. Молекула метану (СН4) - простий приклад. Вуглець також може утворювати зв’язки з собою, а зв’язки міцні. Діамант і графіт повністю складаються з вуглецю. Весело починається, коли вуглецеві зв'язки з комбінаціями атомів вуглецю та сполук інших елементів, зокрема водню та кисню.
Формування макромолекул
Поміркуйте, що відбувається, коли два атоми вуглецю утворюють один з одним ковалентний зв’язок. Вони можуть поєднуватися декількома способами, і одним, вони поділяють одну електронну пару, залишаючи відкритими три положення зв’язку. Пара атомів тепер має шість відкритих зв'язкових позицій, і якщо один або більше займають атом вуглецю, кількість позицій зв’язку швидко зростає. Результатом є молекули, що складаються з великих струн атомів вуглецю та інших елементів. Ці струни можуть рости лінійно, або вони можуть закриватися і утворювати кільця або шестикутні структури, які також можуть поєднуватися з іншими структурами, утворюючи ще більші молекули. Можливості майже безмежні. На сьогоднішній день хіміки перерахували майже 10 мільйонів різних вуглецевих сполук. До найважливіших для життя належать вуглеводи, які повністю утворюються з вуглецем, воднем, ліпідами, білками та нуклеїновими кислотами, з яких найбільш відомим прикладом є ДНК.
Чому б не кремній?
Кремній є елементом трохи менше вуглецю в періодичній таблиці, і його приблизно в 135 разів більше на Землі. Як і вуглець, у його зовнішній оболонці є лише чотири електрони, тож чому не макромолекули, що утворюють живі організми на основі кремнію? Основна причина полягає в тому, що вуглець утворює міцніші зв’язки, ніж кремній, при температурі, що сприяє життю, особливо з самим собою. Чотири неспарених електрона у силіконовій зовнішній оболонці знаходяться в його третій орбіталі, яка потенційно може вмістити 18 електронів. Карбони чотири непарних електрона, з іншого боку, знаходяться у своїй другій орбіталі, яка вміщує лише 8, і коли орбіталь заповнена, молекулярна комбінація стає дуже стабільною.
Оскільки вуглецево-вуглецевий зв’язок сильніший за кремній-кремній зв'язок, вуглецеві сполуки залишаються разом у воді, тоді як сполуки кремнію розпадаються. Крім цього, ще одна вірогідна причина домінування молекул на основі вуглецю на Землі - велика кількість кисню. Окислення є основним процесом життєдіяльності, а побічним продуктом є вуглекислий газ, який є газом. Організми, утворені молекулами на основі кремнію, ймовірно, також отримують енергію від окислення, але оскільки діоксид кремнію є твердим, їм доведеться видихати тверду речовину.