Sisu
Orgaanilised ühendid on need, millest elu sõltub, ja need kõik sisaldavad süsinikku. Tegelikult on orgaanilise ühendi määratlus selline, mis sisaldab süsinikku. See on universumi kuues kõige rikkalikum element ja süsinik hõivab ka perioodilise tabeli kuuenda positsiooni. Selle sisemises kestas on kaks ja välimises neli elektronit ning selle paigutuse tõttu on süsinikust selline mitmekülgne element. Kuna see võib ühendada nii paljudel erinevatel viisidel ja kuna sidemed on süsiniku vormid piisavalt tugevad, et vees terveks jääda - teine elu nõue -, on süsinik eluks hädavajalik, nagu me seda tunneme. Tegelikult võib esitada argumendi, et süsinik on vajalik eluks, et eksisteerida nii mujal universumis kui ka Maal.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Kuna sellel teisel orbitaalil on neli elektroni, mis mahutab kaheksa, võib süsinik ühendada mitmel erineval viisil ja see võib moodustada väga suuri molekule. Süsinikusidemed on tugevad ja võivad vees koos püsida. Süsinik on nii mitmekülgne element, et eksisteerib peaaegu 10 miljonit erinevat süsinikuühendit.
Selle umbes Valency
Keemiliste ühendite moodustumisel järgitakse üldiselt oktetreeglit, mille järgi aatomid otsivad stabiilsust, võites või kaotades elektronid, et saavutada nende väliskesta optimaalne kaheksa elektroni arv. Sel eesmärgil moodustavad nad ioonseid ja kovalentseid sidemeid. Kovalentse sideme moodustamisel jagab aatom elektrone vähemalt ühe teise aatomiga, võimaldades mõlemal aatomil saavutada stabiilsema oleku.
Kui selle väliskeses on ainult neli elektronit, on süsinik võrdselt võimeline annetama ja vastu võtma elektronid ning see võib moodustada neli kovalentset sidet. Metaanimolekul (CH4) on lihtne näide. Süsinik võib ka ise endaga võlakirju moodustada ja sidemed on tugevad. Teemant ja grafiit koosnevad mõlemad täielikult süsinikust. Lõbu algab siis, kui süsinik seob süsinikuaatomite ja teiste elementide, eriti vesiniku ja hapniku, kombinatsioone.
Makromolekulide moodustumine
Mõelge, mis juhtub, kui kaks süsinikuaatomit moodustavad üksteisega kovalentse sideme. Neid saab kombineerida mitmel moel ja ühes jagavad nad ühte elektronpaari, jättes lahti kolm sidemeasendit. Aatomipaaril on nüüd kuus avatud sidumisasendit ja kui ühe või mitu on hõivatud süsinikuaatomiga, kasvab sidemeasendite arv kiiresti. Tulemuseks on molekulid, mis koosnevad suurtest süsinikuaatomite ahelatest ja muudest elementidest. Need stringid võivad kasvada lineaarselt või nad võivad sulguda ja moodustada rõngaid või kuusnurkseid struktuure, mis võivad kombineeruda ka teiste struktuuridega, moodustades veelgi suuremaid molekule. Võimalused on peaaegu piiramatud. Praeguseks on keemikud katalooginud peaaegu 10 miljonit erinevat süsinikuühendit. Elu jaoks on kõige olulisemad süsivesikud, mis on täielikult moodustatud süsiniku, vesiniku, lipiidide, valkude ja nukleiinhapetega, mille tuntuim näide on DNA.
Miks mitte räni?
Räni on perioodilisustabelis just süsiniku all olev element ja seda on Maal umbes 135 korda rohkem. Nagu süsinikul, on selle väliskesta sees vaid neli elektroni, miks siis pole makromolekulid, mis moodustavad elusorganisme, ränipõhised? Peamine põhjus on see, et süsinik moodustab elujõulistel temperatuuridel tugevamaid sidemeid kui räni, eriti iseendaga. Räni väliskesta neli paarimata elektroni asuvad selle kolmandas orbiidis, mis mahutab potentsiaalselt 18 elektroni. Seevastu süsinikud neli paarimata elektroni on teises orbitaalis, kuhu mahub ainult 8, ja kui orbitaal on täidetud, muutub molekulaarne kombinatsioon väga stabiilseks.
Kuna süsinik-süsinikside on tugevam kui räni-räni side, püsivad süsinikuühendid vees koos, samas kui räniühendid lagunevad. Lisaks sellele on veel üks tõenäoline põhjus süsinikupõhiste molekulide domineerimiseks Maal hapniku rohkus. Oksüdatsioon kujutab enamikku eluprotsesse ja kõrvalsaadus on süsinikdioksiid, mis on gaas. Ränipõhiste molekulidega moodustunud organismid saaksid oksüdeerumisel tõenäoliselt ka energiat, kuid kuna ränidioksiid on tahke aine, peaksid nad tahked ained välja hingama.