I composti organici sono quelli da cui dipende la vita, e contengono tutti carbonio. In effetti, la definizione di un composto organico è quella che contiene carbonio. È il sesto elemento più abbondante dell'universo e il carbonio occupa anche la sesta posizione nella tavola periodica. Ha due elettroni nella sua calotta interna e quattro nella parte esterna, ed è questa disposizione che rende il carbonio un elemento così versatile. Perché può combinarsi in tanti modi diversi, e poiché i legami delle forme di carbonio sono abbastanza forti da rimanere intatti nell'acqua - l'altro requisito per la vita - il carbonio è indispensabile per la vita così come la conosciamo. In effetti, si può sostenere che il carbonio è necessario perché la vita esista altrove nell'universo e sulla Terra.
TL; DR (Troppo lungo, non letto)
Poiché ha quattro elettroni nel suo secondo orbitale, che può ospitare otto, il carbonio può combinarsi in molti modi diversi e può formare molecole molto grandi. I legami di carbonio sono forti e possono stare insieme nell'acqua. Il carbonio è un elemento così versatile che esistono quasi 10 milioni di composti di carbonio diversi.
Riguarda la valenza
La formazione di composti chimici segue generalmente la regola dell'ottetto con la quale gli atomi cercano stabilità guadagnando o perdendo elettroni per ottenere il numero ottimale di otto elettroni nel loro guscio esterno. A tal fine, formano legami ionici e covalenti. Quando si forma un legame covalente, un atomo condivide elettroni con almeno un altro atomo, consentendo a entrambi gli atomi di raggiungere uno stato più stabile.
Con solo quattro elettroni nel suo guscio esterno, il carbonio è ugualmente in grado di donare e accettare elettroni, e può formare quattro legami covalenti in una sola volta. La molecola di metano (CH 4) è un semplice esempio. Il carbonio può anche formare legami con se stesso e i legami sono forti. Diamante e grafite sono entrambi composti interamente di carbonio. Il divertimento inizia quando i legami di carbonio con le combinazioni di atomi di carbonio e quelli di altri elementi, in particolare idrogeno e ossigeno. La formazione delle macromolecole Considera cosa succede quando due atomi di carbonio formano un legame covalente con l'un l'altro. Possono combinarsi in diversi modi, e in uno condividono una singola coppia di elettroni, lasciando aperte tre posizioni di legame. La coppia di atomi ora ha sei posizioni di legame aperte, e se uno o più è occupato da un atomo di carbonio, il numero di posizioni di legame cresce rapidamente. Molecole composte da grandi stringhe di atomi di carbonio e altri elementi sono il risultato. Queste stringhe possono crescere linearmente, oppure possono chiudersi e formare anelli o strutture esagonali che possono anche combinarsi con altre strutture per formare molecole ancora più grandi. Le possibilità sono quasi illimitate. Ad oggi, i chimici hanno catalogato quasi 10 milioni di composti di carbonio diversi. I più importanti per la vita includono i carboidrati, che sono formati interamente con carbonio, idrogeno, lipidi, proteine e acidi nucleici, di cui l'esempio più noto è il DNA. Why Not Silicon? Il silicio è l'elemento appena sotto il carbonio nella tavola periodica, ed è circa 135 volte più abbondante sulla Terra. Come il carbonio, ha solo quattro elettroni nel suo guscio esterno, quindi perché non sono le macromolecole che formano gli organismi viventi a base di silicio? La ragione principale è che il carbonio forma legami più forti del silicio a temperature favorevoli alla vita, specialmente con se stesso. I quattro elettroni non accoppiati nel guscio esterno del silicio sono nel terzo orbitale, che può potenzialmente ospitare 18 elettroni. I quattro elettroni spaiati del carbonio, d'altro canto, si trovano nel suo secondo orbitale, che può ospitare solo 8, e quando l'orbitale è pieno, la combinazione molecolare diventa molto stabile. Perché il legame carbonio-carbonio è più forte rispetto al legame silicio-silicio, i composti di carbonio rimangono uniti in acqua mentre i composti di silicio si sfaldano. Oltre a questo, un altro motivo probabile per il dominio delle molecole a base di carbonio sulla Terra è l'abbondanza di ossigeno. L'ossidazione alimenta la maggior parte dei processi vitali e un sottoprodotto è l'anidride carbonica, che è un gas. Gli organismi formati con molecole a base di silicio otterrebbero probabilmente anche energia dall'ossidazione, ma dal momento che il biossido di silicio è un solido, dovrebbero espirare la materia solida.
