Περιεχόμενο
Οι οργανικές ενώσεις είναι εκείνες στις οποίες εξαρτάται η ζωή, και όλες περιέχουν άνθρακα. Στην πραγματικότητα, ο ορισμός μιας οργανικής ένωσης είναι αυτός που περιέχει άνθρακα. Είναι το έκτο πιο άφθονο στοιχείο του σύμπαντος και ο άνθρακας καταλαμβάνει επίσης την έκτη θέση στον περιοδικό πίνακα. Έχει δύο ηλεκτρόνια στο εσωτερικό του κέλυφος και τέσσερα στην εξωτερική και αυτή η διάταξη που κάνει τον άνθρακα ένα τέτοιο ευπροσάρμοστο στοιχείο. Επειδή μπορεί να συνδυαστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και επειδή οι μορφές άνθρακα δεσμών είναι αρκετά ισχυρές ώστε να παραμείνουν άθικτες στο νερό - η άλλη απαίτηση για ζωή - άνθρακας είναι απαραίτητη για τη ζωή όπως την ξέρουμε. Στην πραγματικότητα, μπορεί να γίνει ένα επιχείρημα ότι ο άνθρακας είναι απαραίτητος για να υπάρξει ζωή σε άλλα μέρη του σύμπαντος και στη Γη.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Επειδή έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο δεύτερο τροχό του, το οποίο μπορεί να φιλοξενήσει οκτώ, ο άνθρακας μπορεί να συνδυαστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και μπορεί να σχηματίσει πολύ μεγάλα μόρια. Οι δεσμοί άνθρακα είναι ισχυροί και μπορούν να παραμείνουν μαζί στο νερό. Ο άνθρακας είναι ένα τέτοιο ευπροσάρμοστο στοιχείο που υπάρχουν σχεδόν 10 εκατομμύρια διαφορετικές ενώσεις άνθρακα.
Του Σχετικά με Valening
Ο σχηματισμός χημικών ενώσεων ακολουθεί γενικά τον κανόνα των οκτάδων με τον οποίο τα άτομα επιδιώκουν τη σταθερότητα κερδίζοντας ή χάνοντας ηλεκτρόνια για να επιτύχουν τον βέλτιστο αριθμό οκτώ ηλεκτρονίων στο εξωτερικό τους κέλυφος. Για το σκοπό αυτό, σχηματίζουν ιοντικούς και ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν σχηματίζεται ένας ομοιοπολικός δεσμός, ένα άτομο μοιράζεται τα ηλεκτρόνια με τουλάχιστον ένα άλλο άτομο, επιτρέποντας σε αμφότερα τα άτομα να επιτύχουν μια πιο σταθερή κατάσταση.
Με μόνο τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, ο άνθρακας είναι εξίσου ικανός να δωρίζει και να δέχεται ηλεκτρόνια και μπορεί να σχηματίζει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς ταυτόχρονα. Το μόριο μεθανίου (CH4) είναι ένα απλό παράδειγμα. Ο άνθρακας μπορεί επίσης να σχηματίσει δεσμούς με τον εαυτό του και οι δεσμοί είναι ισχυροί. Το διαμάντι και ο γραφίτης αποτελούνται από άνθρακα. Η διασκέδαση ξεκινά όταν οι δεσμοί άνθρακα με συνδυασμούς ατόμων άνθρακα και εκείνων άλλων στοιχείων, ιδιαίτερα υδρογόνου και οξυγόνου.
Ο σχηματισμός των μακρομορίων
Εξετάστε τι συμβαίνει όταν δύο άτομα άνθρακα σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ τους. Μπορούν να συνδυαστούν με διάφορους τρόπους, και σε ένα, μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων, αφήνοντας ανοικτές τρεις θέσεις συγκόλλησης. Το ζεύγος ατόμων έχει τώρα έξι ανοικτές θέσεις σύνδεσης και εάν ένας ή περισσότεροι καταλαμβάνεται από ένα άτομο άνθρακα, ο αριθμός των θέσεων σύνδεσης αυξάνεται γρήγορα. Μόρια αποτελούμενα από μεγάλες χορδές ατόμων άνθρακα και άλλα στοιχεία είναι το αποτέλεσμα. Αυτές οι χορδές μπορούν να αναπτυχθούν γραμμικά, ή μπορούν να κλείσουν και να σχηματίσουν δακτυλίους ή εξαγωνικές δομές που μπορούν επίσης να συνδυαστούν με άλλες δομές για να σχηματίσουν ακόμη μεγαλύτερα μόρια. Οι δυνατότητες είναι σχεδόν απεριόριστες. Μέχρι σήμερα, οι χημικοί έχουν καταγράψει σχεδόν 10 εκατομμύρια διαφορετικές ενώσεις άνθρακα. Τα πιο σημαντικά για τη ζωή περιλαμβάνουν υδατάνθρακες, οι οποίοι σχηματίζονται εξ ολοκλήρου με άνθρακα, υδρογόνο, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊνικά οξέα, εκ των οποίων το πιο γνωστό παράδειγμα είναι το DNA.
Γιατί όχι το πυρίτιο;
Το πυρίτιο είναι το στοιχείο ακριβώς κάτω από τον άνθρακα στον περιοδικό πίνακα, και περίπου 135 φορές πιο άφθονο στη Γη. Όπως ο άνθρακας, έχει μόνο τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, έτσι γιατί δεν είναι τα μακρομόρια που σχηματίζουν ζωντανούς οργανισμούς με βάση το πυρίτιο; Ο κύριος λόγος είναι ότι ο άνθρακας σχηματίζει ισχυρότερους δεσμούς από το πυρίτιο σε θερμοκρασίες που ευνοούν τη ζωή, ειδικά με τον εαυτό του. Τα τέσσερα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος σιλικόνης είναι στο τρίτο του τροχιακό, το οποίο μπορεί ενδεχομένως να φιλοξενήσει 18 ηλεκτρόνια. Τα καρβουνά τεσσάρων μη συζευγμένων ηλεκτρονίων, από την άλλη πλευρά, βρίσκονται στο δεύτερο τροχιακό του, το οποίο μπορεί να φιλοξενήσει μόνο 8, και όταν γεμίσει το τροχιακό, ο μοριακός συνδυασμός γίνεται πολύ σταθερός.
Επειδή ο δεσμός άνθρακα-άνθρακα είναι ισχυρότερος από τον δεσμό πυριτίου-πυριτίου, οι ενώσεις του άνθρακα παραμένουν μαζί στο νερό, ενώ οι ενώσεις πυριτίου διαχωρίζονται. Εκτός αυτού, ένας άλλος πιθανός λόγος για την κυριαρχία των μορίων με βάση τον άνθρακα στη Γη είναι η αφθονία του οξυγόνου. Η οξείδωση τροφοδοτεί τις περισσότερες διαδικασίες ζωής και ένα παραπροϊόν είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο είναι ένα αέριο. Οι οργανισμοί που σχηματίζονται με μόρια με βάση το πυρίτιο θα είχαν πιθανώς επίσης ενέργεια από την οξείδωση, αλλά επειδή το διοξείδιο του πυριτίου είναι ένα στερεό, θα έπρεπε να εκπνεύσει στερεά ύλη.