Innhold
Organiske forbindelser er de som livet avhenger av, og de inneholder alle karbon. Definisjonen av en organisk forbindelse er faktisk en som inneholder karbon. Det er det sjette mest tallrike elementet i universet, og karbon inntar også den sjette posisjonen på det periodiske systemet. Den har to elektroner i det indre skallet og fire i det ytre, og det er dette arrangementet som gjør karbon til et så allsidig element. Fordi det kan kombineres på så mange forskjellige måter, og fordi bindingene karbonformene er sterke nok til å forbli intakte i vann - det andre kravet til liv - er karbon uunnværlig for livet slik vi kjenner det. Faktisk kan et argument stilles om at karbon er nødvendig for at livet skal finnes andre steder i universet så vel som på jorden.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Fordi den har fire elektroner i sin andre bane, som har plass til åtte, kan karbon kombinere på mange forskjellige måter, og det kan danne veldig store molekyler. Karbonbindinger er sterke og kan holde seg sammen i vann. Karbon er et så allsidig element at det eksisterer nesten 10 millioner forskjellige karbonforbindelser.
Det handler om Valency
Dannelsen av kjemiske forbindelser følger generelt oktettregelen som atomer søker stabilitet ved å få eller miste elektroner for å oppnå det optimale antall åtte elektroner i deres ytre skall. For dette formål danner de ioniske og kovalente bindinger. Når det dannes en kovalent binding, deler et atom elektroner med minst ett annet atom, slik at begge atomene kan oppnå en mer stabil tilstand.
Med bare fire elektroner i det ytre skallet, er karbon like kapabel til å donere og akseptere elektroner, og det kan danne fire kovalente bindinger samtidig. Metanmolekylet (CH4) er et enkelt eksempel. Karbon kan også danne bindinger med seg selv, og obligasjonene er sterke. Diamant og grafitt er begge sammensatt av karbon. Moroa starter når karbon binder seg til kombinasjoner av karbonatomer og de fra andre elementer, spesielt hydrogen og oksygen.
Dannelsen av makromolekyler
Tenk på hva som skjer når to karbonatomer danner en kovalent binding med hverandre. De kan kombineres på flere måter, og på én deler de et enkelt elektronpar, og lar tre bindingsposisjoner være åpne. Paret av atomer har nå seks åpne bindingsposisjoner, og hvis en eller flere er okkupert av et karbonatom, vokser antallet bindingsposisjoner raskt. Molekyler som består av store strenger av atomer av karbon og andre elementer er resultatet. Disse strengene kan vokse lineært, eller de kan lukke seg inn og danne ringer eller sekskantede strukturer som også kan kombineres med andre strukturer for å danne enda større molekyler. Mulighetene er nesten ubegrensede. Til dags dato har kjemikere katalogisert nesten 10 millioner forskjellige karbonforbindelser. Det viktigste for livet inkluderer karbohydrater, som er dannet helt med karbon, hydrogen, lipider, proteiner og nukleinsyrer, hvorav det mest kjente eksemplet er DNA.
Hvorfor ikke silisium?
Silisium er elementet i underkant av karbon i det periodiske systemet, og det er omtrent 135 ganger mer rikelig på jorden. Som karbon har den bare fire elektroner i det ytre skallet, så hvorfor kan ikke makromolekylene som danner levende organismer silisiumbasert? Hovedårsaken er at karbon danner sterkere bindinger enn silisium ved temperaturer som bidrar til liv, spesielt med seg selv. De fire ikke-sammenkoblede elektronene i det ytre skallet av silikoner er i det tredje omløpet, som potensielt kan romme 18 elektroner. Karbon fire uparede elektroner er derimot i sin andre bane, som bare har plass til 8, og når orbitalen er fylt, blir molekylkombinasjonen veldig stabil.
Fordi karbon-karbonbindingen er sterkere enn silisium-silisiumbindingen, forblir karbonforbindelser sammen i vann mens silisiumforbindelser brytes fra hverandre. Foruten dette er en annen sannsynlig årsak til dominansen av karbonbaserte molekyler på jorden overflod av oksygen. Oksidasjon brensler de fleste livsprosesser, og et biprodukt er karbondioksid, som er en gass. Organismer dannet med silisiumbaserte molekyler vil sannsynligvis også få energi fra oksidasjon, men siden silisiumdioksyd er et fast stoff, vil de måtte puste ut fast stoff.