Содержание
Органические соединения - это те, от которых зависит жизнь, и все они содержат углерод. На самом деле, определение органического соединения - это определение, которое содержит углерод. Это шестой самый распространенный элемент во вселенной, а углерод также занимает шестую позицию в периодической таблице. Он имеет два электрона в своей внутренней оболочке и четыре во внешней, и его расположение делает углерод таким универсальным элементом. Потому что он может комбинироваться различными способами, а также потому, что углеродные формы связей достаточно прочны, чтобы оставаться неповрежденными в воде - другое требование для жизни - углерод необходим для жизни, как мы его знаем. Фактически, можно привести аргумент, что углерод необходим для жизни в других местах во Вселенной, а также на Земле.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Поскольку на его второй орбите имеется четыре электрона, в которых может разместиться восемь электронов, углерод может объединяться различными способами и образовывать очень большие молекулы. Углеродные связи прочны и могут оставаться вместе в воде. Углерод является настолько универсальным элементом, что существует почти 10 миллионов различных соединений углерода.
Это о валентности
Образование химических соединений обычно следует правилу октетов, согласно которому атомы стремятся к стабильности, приобретая или теряя электроны для достижения оптимального числа восьми электронов в их внешней оболочке. С этой целью они образуют ионные и ковалентные связи. При образовании ковалентной связи атом делит электроны по меньшей мере с одним другим атомом, что позволяет обоим атомам достигать более стабильного состояния.
Имея всего четыре электрона в своей внешней оболочке, углерод в равной степени способен отдавать и принимать электроны и может образовывать четыре ковалентные связи одновременно. Молекула метана (СН4) простой пример. Углерод также может образовывать связи с самим собой, и эти связи прочны. Алмаз и графит состоят исключительно из углерода. Веселье начинается, когда углерод связывается с комбинациями атомов углерода и других элементов, в частности, водорода и кислорода.
Формирование макромолекул
Рассмотрим, что происходит, когда два атома углерода образуют ковалентную связь друг с другом. Они могут объединяться несколькими способами, и в одном они разделяют одну электронную пару, оставляя открытыми три позиции связи. Пара атомов теперь имеет шесть открытых позиций связи, и если один или несколько атомов углерода заняты, число позиций связи быстро растет. Молекулы, состоящие из крупных цепочек атомов углерода и других элементов, являются результатом. Эти струны могут расти линейно, или они могут замыкаться и образовывать кольца или гексагональные структуры, которые также могут объединяться с другими структурами, образуя еще более крупные молекулы. Возможности практически безграничны. На сегодняшний день химики каталогизировали почти 10 миллионов различных соединений углерода. Наиболее важные для жизни включают углеводы, которые полностью состоят из углерода, водорода, липидов, белков и нуклеиновых кислот, из которых наиболее известным примером является ДНК.
Почему не кремний?
Кремний является элементом под углеродом в периодической таблице, и его примерно в 135 раз больше на Земле. Как углерод, он имеет только четыре электрона в своей внешней оболочке, так почему же макромолекулы, которые образуют живые организмы на основе кремния? Основная причина в том, что углерод образует более прочные связи, чем кремний, при температурах, способствующих жизни, особенно с самим собой. Четыре непарных электрона во внешней оболочке силиконов находятся на своей третьей орбите, которая потенциально может вместить 18 электронов. Углероды четырех неспаренных электронов, с другой стороны, находятся на своей второй орбите, которая может вместить только 8, и когда орбита заполнена, молекулярная комбинация становится очень стабильной.
Поскольку углерод-углеродная связь является более прочной, чем связь кремний-кремний, соединения углерода остаются вместе в воде, в то время как соединения кремния распадаются. Помимо этого, еще одной вероятной причиной доминирования молекул на основе углерода на Земле является изобилие кислорода. Окисление питает большинство жизненных процессов, а побочным продуктом является углекислый газ, который является газом. Организмы, образованные молекулами на основе кремния, вероятно, также будут получать энергию от окисления, но, поскольку диоксид кремния является твердым веществом, им придется выдыхать твердое вещество.