Vsebina
Organske spojine so tiste, od katerih je odvisno življenje, in vsebujejo ogljik. Pravzaprav je opredelitev organske spojine tista, ki vsebuje ogljik. Šesti je najbolj obilen element v vesolju, ogljik pa zaseda šesto mesto na periodični tabeli. V svoji notranji lupini ima dva elektrona in v zunanji štiri, zaradi tega pa je ogljik tako vsestranski element. Ker se lahko kombinira na toliko različnih načinov in ker so ogljikove oblike vezi dovolj močne, da ostanejo nedotaknjene v vodi - druga zahteva za življenje - je ogljik nujno potreben za življenje, kot ga poznamo. Pravzaprav je mogoče argumentirati, da je ogljik potreben, da obstaja življenje drugje v vesolju in na Zemlji.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Ker ima v svoji drugi orbitali štiri elektrone, ki lahko sprejmejo osem, se ogljik lahko kombinira na različne načine in lahko tvori zelo velike molekule. Ogljikove vezi so močne in lahko ostanejo skupaj v vodi. Ogljik je tako vsestranski element, da obstaja skoraj 10 milijonov različnih ogljikovih spojin.
To je o Valency
Nastajanje kemičnih spojin običajno sledi oktetskemu pravilu, po katerem atomi iščejo stabilnost z pridobivanjem ali izgubljanjem elektronov, da dosežejo optimalno število osem elektronov v svoji zunanji lupini. V ta namen tvorijo ionske in kovalentne vezi. Ko tvori kovalentno vez, atom deli elektrone z vsaj enim drugim atomom, kar omogoča obema atomoma doseganje stabilnejšega stanja.
S samo štirimi elektroni v svoji zunanji lupini je ogljik enako sposoben darovati in sprejemati elektrone, hkrati pa lahko tvori štiri kovalentne vezi. Molekula metana (CH4) je preprost primer. Ogljik lahko tudi sam tvori vezi, vezi pa so močne. Diamant in grafit sta v celoti sestavljena iz ogljika. Zabava se začne, ko se ogljikove vezi povežejo s kombinacijami ogljikovih atomov in spojin drugih elementov, zlasti vodika in kisika.
Oblikovanje makromolekul
Razmislite, kaj se zgodi, ko dva atoma ogljika tvorita kovalentno vez med seboj. Lahko se kombinirajo na več načinov, v enem pa si delijo en sam par elektronov, pri čemer ostanejo odprti trije vezi. Par atomov ima zdaj šest odprtih veznih položajev in če enega ali več zaseda ogljikov atom, število vezivnih položajev hitro raste. Rezultat so molekule, sestavljene iz velikih nizov atomov ogljika in drugih elementov. Te strune lahko rastejo linearno ali pa se lahko zaprejo in tvorijo obroče ali šestkotne strukture, ki se lahko kombinirajo tudi z drugimi strukturami in tvorijo še večje molekule. Možnosti so skoraj neomejene. Kemiki so do danes katalogizirali skoraj 10 milijonov različnih ogljikovih spojin. Najpomembnejši za življenje so ogljikovi hidrati, ki se tvorijo v celoti z ogljikom, vodikom, lipidi, beljakovinami in nukleinskimi kislinami, od katerih je najbolj znan primer DNK.
Zakaj ne silicij?
Silicij je element tik pod ogljikom v periodični tabeli, na Zemlji pa je približno 135-krat bolj obilen. Kot ogljik ima v svoji zunanji lupini le štiri elektrone, zakaj torej niso makromolekule, ki tvorijo žive organizme na siliciju? Glavni razlog je, da ogljik tvori močnejše vezi od silicija pri temperaturah, ki vodijo v življenje, zlasti s samim seboj. Štirje parni elektroni v silikonski zunanji lupini so v svoji tretji orbitali, ki lahko sprejme 18 elektronov. Karboni so štirje parni elektroni na drugi strani v svoji drugi orbitali, ki lahko sprejme le 8, ko pa se orbitala napolni, postane molekulska kombinacija zelo stabilna.
Ker je vez ogljik-ogljik močnejša od veze silicij-silicij, ogljikove spojine ostanejo skupaj v vodi, medtem ko se silicijeve spojine razpadajo. Poleg tega je še en verjeten razlog za prevlado molekul na ogljiku na Zemlji obilo kisika. Oksidacija spodbuja večino življenjskih procesov, stranski proizvod pa je ogljikov dioksid, ki je plin. Organizmi, ki nastanejo z molekulami na osnovi silicija, bi verjetno dobili tudi energijo pri oksidaciji, ker pa je silicijev dioksid trdna snov, bi morali izdihniti trdno snov.