Hvorfor er kulstof så vigtigt at organiske forbindelser?

Organiske forbindelser er dem, hvorpå livet afhænger, og de indeholder alle kulstof. Faktisk er definitionen af ​​en organisk forbindelse en, der indeholder carbon. Det er det sjette mest rigelige element i universet, og kulstof indtager også den sjette position på det periodiske bord. Det har to elektroner i sin indre shell og fire i den ydre, og det er dette arrangement, der gør kulstof til et så alsidigt element. Fordi det kan kombinere på så mange forskellige måder, og fordi obligatoriske carbonformer er stærke nok til at forblive intakte i vand - er det andet krav til livskulstof uundværligt for livet som vi kender det. Faktisk kan man argumentere for, at kulstof er nødvendigt for at eksistere et andet sted i universet såvel som på jorden.

TL; DR (for længe, ​​ikke læst)

Fordi det har fire elektroner i sin anden omgang, der kan rumme otte, kan kulstof kombinere på mange forskellige måder, og det kan danne meget store molekyler. Carbonbindinger er stærke og kan forblive sammen i vand. Carbon er et så alsidigt element, at der findes næsten 10 millioner forskellige carbonforbindelser.

Det handler om Valency

Dannelsen af ​​kemiske forbindelser følger generelt oktetreglen, hvorved atomer søger stabilitet ved at vinde eller tabe elektroner for at opnå det optimale antal otte elektroner i deres ydre skal. Til dette formål danner de ioniske og kovalente bindinger. Ved dannelse af en kovalent binding deler et atom elektroner med mindst et andet atom, hvilket gør det muligt for begge atomer at opnå en mere stabil tilstand.

Med kun fire elektroner i dens ydre skal er kulstof lige så i stand til at donere og acceptere elektroner, og det kan danne fire kovalente bindinger på én gang. Metanmolekylet (CH _{4) er et simpelt eksempel. Carbon kan også danne bindinger med sig selv, og obligationerne er stærke. Diamant og grafit er begge sammensat helt af carbon. Sjovet starter når carbonbindinger med kombinationer af carbonatomer og andre elementer, især brint og ilt.}

Formationen af ​​makromolekyler

Overvej hvad der sker, når to carbonatomer danner en kovalent binding med hinanden. De kan kombinere på flere måder, og i en, deler de et enkelt elektronpar, der efterlader tre bindingspositioner åbne. Paret af atomer har nu seks åbne bindingspositioner, og hvis en eller flere er optaget af et carbonatom, vokser antallet af bindingspositioner hurtigt. Molekyler bestående af store strenge af carbonatomer og andre elementer er resultatet. Disse strenge kan vokse lineært, eller de kan lukke ind og danne ringe eller sekskantede strukturer, der også kan kombinere med andre strukturer for at danne endnu større molekyler. Mulighederne er næsten ubegrænsede. Til dato har kemikere katalogiseret næsten 10 millioner forskellige carbonforbindelser. Det vigtigste for livet er kulhydrater, der udelukkende er dannet med kulstof, hydrogen, lipider, proteiner og nukleinsyrer, hvoraf det mest kendte eksempel er DNA.

Hvorfor ikke silicium?

Silicon er elementet lige under kulstof i det periodiske bord, og det er omkring 135 gange mere rigeligt på jorden. Ligesom kulstof har den kun fire elektroner i dens ydre skal, hvorfor er ikke de makromolekyler, der danner levende organismer siliciumbaserede? Hovedårsagen er, at kulstof danner stærkere bindinger end silicium ved temperaturer, der fremmer livet, især med sig selv. De fire ikke-parrede elektroner i siliconens ydre skal er i sin tredje omgang, som potentielt kan rumme 18 elektroner. Carbon's fire uparvede elektroner er derimod i sin anden omgang, som kun kan rumme 8, og når orbitalet er fyldt, bliver molekylkombinationen meget stabil.

Fordi carbon-carbon-bindingen er stærkere end silicium-siliciumbindingen forbliver carbonforbindelser sammen i vand, mens siliciumforbindelser adskilles fra hinanden. Ud over dette er en anden sandsynlig årsag til dominans af carbonbaserede molekyler på Jorden overflod af ilt. Oxidationsbrændstoffer er de fleste livsprocesser, og et biprodukt er kuldioxid, som er en gas. Organer dannet med siliciumbaserede molekyler vil sandsynligvis også få energi fra oxidation, men da siliciumdioxid er et fast stof, skal de udånde fast stof.