Obsah
Organické zlúčeniny sú tie, od ktorých závisí život, a všetky obsahujú uhlík. V skutočnosti je definícia organickej zlúčeniny taká, ktorá obsahuje uhlík. Je to šiesty najhojnejší prvok vo vesmíre a uhlík tiež zaujíma šiestu pozíciu v periodickej tabuľke. Má dva elektróny vo svojom vnútornom plášti a štyri vo vonkajšom a toto usporiadanie robí z uhlíka taký všestranný prvok. Pretože sa môže kombinovať toľkými rôznymi spôsobmi a pretože väzby tvoria uhlíkové formy dostatočne silné, aby zostali neporušené vo vode - ďalšia požiadavka na život - uhlík je pre život nevyhnutný, ako ho poznáme. V skutočnosti možno tvrdiť, že uhlík je nevyhnutný na to, aby život existoval inde vo vesmíre, ako aj na Zemi.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Pretože má vo svojom druhom orbitálnom telese štyri elektróny, ktoré môžu pojať osem, uhlík sa môže kombinovať mnohými rôznymi spôsobmi a môže vytvárať veľmi veľké molekuly. Uhlíkové väzby sú silné a môžu zostať spolu vo vode. Uhlík je taký všestranný prvok, že existuje takmer 10 miliónov rôznych zlúčenín uhlíka.
Je to o valencii
Tvorba chemických zlúčenín sa spravidla riadi oktetovým pravidlom, podľa ktorého atómy hľadajú stabilitu získavaním alebo stratou elektrónov, aby sa dosiahol optimálny počet ôsmich elektrónov v ich vonkajšom obale. Za týmto účelom vytvárajú iónové a kovalentné väzby. Keď sa tvorí kovalentná väzba, atóm zdieľa elektróny s najmenej jedným ďalším atómom, čo umožňuje obom atómom dosiahnuť stabilnejší stav.
S iba štyrmi elektrónmi vo vonkajšom obale je uhlík rovnako schopný darovať a prijímať elektróny a môže tvoriť štyri kovalentné väzby naraz. Molekula metánu (CH4) je jednoduchý príklad. Uhlík môže tiež vytvárať väzby sám so sebou a väzby sú silné. Diamant aj grafit sú zložené výlučne z uhlíka. Zábava začína, keď sa uhlík viaže kombináciou atómov uhlíka a iných prvkov, najmä vodíka a kyslíka.
Tvorba makromolekúl
Zvážte, čo sa stane, keď dva atómy uhlíka spolu tvoria kovalentnú väzbu. Môžu sa kombinovať niekoľkými spôsobmi a jedným zdieľajú jeden pár elektrónov, pričom tri väzobné pozície zostanú otvorené. Dvojica atómov má teraz šesť otvorených väzbových pozícií a ak je jeden alebo viac atómov uhlíka, počet väzbových pozícií rýchlo rastie. Výsledkom sú molekuly pozostávajúce z veľkých reťazcov atómov uhlíka a ďalších prvkov. Tieto reťazce môžu rásť lineárne alebo môžu uzavrieť a vytvárať prstene alebo šesťuholníkové štruktúry, ktoré sa môžu tiež kombinovať s inými štruktúrami a vytvárať tak ešte väčšie molekuly. Možnosti sú takmer neobmedzené. Doteraz chemici katalogizovali takmer 10 miliónov rôznych zlúčenín uhlíka. Medzi najdôležitejšie pre život patria uhľohydráty, ktoré sú tvorené výlučne uhlíkom, vodíkom, lipidmi, proteínmi a nukleovými kyselinami, z ktorých najznámejším príkladom je DNA.
Prečo nie Silicon?
Kremík je prvkom nachádzajúcim sa pod uhlíkom v periodickej tabuľke a na Zemi je asi 135-krát hojnejší. Rovnako ako uhlík má vo svojom vonkajšom obale iba štyri elektróny, tak prečo nie sú makromolekuly, ktoré tvoria živé organizmy na báze kremíka? Hlavným dôvodom je to, že uhlík vytvára silnejšie väzby ako kremík pri teplotách, ktoré vedú k životu, najmä so sebou samým. Štyri nespárované elektróny vo vonkajšom puzdre kremíka sú vo svojom treťom obežnom obehu, ktorý môže potenciálne pojať 18 elektrónov. Na druhej strane, uhlíky, štyri nepárové elektróny, sú v druhom orbitále, ktoré môžu pojať iba 8, a keď je orbitál naplnený, molekulárna kombinácia sa stáva veľmi stabilnou.
Pretože väzba uhlík-uhlík je silnejšia ako väzba kremík-kremík, zlúčeniny uhlíka zostávajú spolu vo vode, zatiaľ čo zlúčeniny kremíka sa rozpadajú. Okrem toho je ďalším pravdepodobným dôvodom dominancie molekúl na Zemi založených na uhlíku množstvo kyslíka. Oxidácia poháňa väčšinu životných procesov a vedľajším produktom je oxid uhličitý, čo je plyn. Organizácie tvorené s molekulami na báze kremíka by pravdepodobne získali energiu aj z oxidácie, ale pretože oxid kremičitý je tuhá látka, musela by vydechovať tuhé látky.