Miksi hiili on niin tärkeä orgaanisille yhdisteille?

Sisältö

• TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
• Sen Tietoja Valenciasta
• Makromolekyylien muodostuminen
• Miksi ei piitä?

Orgaanisia yhdisteitä ovat yhdisteet, joista elämä riippuu, ja ne kaikki sisältävät hiiltä. Itse asiassa orgaanisen yhdisteen määritelmä on sellainen, joka sisältää hiiltä. Se on maailmankaikkeuden kuudenneksi runsain elementti, ja hiili on myös jaksollisen järjestelmän kuudes sijainti. Sisäkuoressa on kaksi elektronia ja ulommassa neljä, ja tämä järjestely tekee hiilestä niin monipuolisen elementin. Koska se voi yhdistyä niin monella eri tavalla, ja koska sidokset, hiilimuodot ovat riittävän vahvoja pysyäkseen ehjinä vedessä - toinen elämän vaatimus -, hiili on välttämätöntä elämälle, koska me sen tunnemme. Itse asiassa voidaan väittää, että hiili on välttämätöntä elämän olemassaololle muualla maailmankaikkeudessa kuin maan päällä.

TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)

Koska sen toisessa kiertoradalla on neljä elektronia, joihin mahtuu kahdeksan, hiili voi yhdistyä monella eri tavalla ja se voi muodostaa erittäin suuria molekyylejä. Hiilisidokset ovat vahvat ja voivat pysyä yhdessä vedessä. Hiili on niin monipuolinen alkuaine, että olemassa on lähes 10 miljoonaa erilaista hiiliyhdistettä.

Sen Tietoja Valenciasta

Kemiallisten yhdisteiden muodostuminen seuraa yleensä oktetisääntöä, jonka mukaan atomit etsivät stabiilisuutta hankkimalla tai hävittämällä elektroneja, jotta saavutetaan optimaalinen kahdeksan elektronin lukumäärä ulkokuoressaan. Tätä varten ne muodostavat ionisia ja kovalenttisia sidoksia. Kun muodostuu kovalenttinen sidos, atomi jakaa elektroneja ainakin yhden muun atomin kanssa, jolloin molemmat atomit voivat saavuttaa vakaamman tilan.

Koska ulkokuoressaan on vain neljä elektronia, hiili kykenee yhtä hyvin luovuttamaan ja ottamaan vastaan ​​elektroneja, ja se voi muodostaa neljä kovalenttista sidosta kerralla. Metaanimolekyyli (CH₄) on yksinkertainen esimerkki. Hiili voi myös muodostaa sidoksia itsensä kanssa, ja sidokset ovat vahvat. Timantti ja grafiitti koostuvat kumpikin kokonaan hiilestä. Hauska alkaa, kun hiili sitoutuu hiiliatomien ja muiden alkuaineiden, erityisesti vedyn ja hapen, yhdistelmiin.

Makromolekyylien muodostuminen

Mieti, mitä tapahtuu, kun kaksi hiiliatomia muodostaa kovalenttisen sidoksen toistensa kanssa. Ne voivat yhdistyä useilla tavoilla, ja yhdessä ne jakavat yhden elektroniparin jättäen kolme sidosasentoa avoimeksi. Atomiparilla on nyt kuusi avointa sidosasentoa, ja jos yhden tai useamman miehittää hiiliatomi, sidosasemien määrä kasvaa nopeasti. Tuloksena ovat molekyylit, jotka koostuvat suurista hiiliatomien johdoista ja muista elementeistä. Nämä jouset voivat kasvaa lineaarisesti tai ne voivat sulkeutua ja muodostaa renkaita tai kuusikulmaisia ​​rakenteita, jotka voivat myös yhdistyä muiden rakenteiden kanssa, jolloin muodostuu vielä suurempia molekyylejä. Mahdollisuudet ovat melkein rajattomat. Tähän mennessä kemikot ovat luetteloineet lähes 10 miljoonaa erilaista hiiliyhdistettä. Elämän kannalta tärkeimpiä ovat hiilihydraatit, jotka muodostuvat kokonaan hiilen, vedyn, lipidien, proteiinien ja nukleiinihappojen kanssa, joista tunnetuin esimerkki on DNA.

Miksi ei piitä?

Pii on alkujaksossa hiilen alapuolella oleva elementti, ja sitä on noin 135 kertaa enemmän maapallolla. Kuten hiiltä, ​​sen ulkokuoressa on vain neljä elektronia, joten miksi makromolekyylejä, jotka muodostavat eläviä organismeja, piipohjaisia? Tärkein syy on, että hiili muodostaa vahvempia sidoksia kuin piitä elämän kannalta edullisissa lämpötiloissa, erityisesti itsessään. Piin ulkokuoressa olevat neljä paritonta elektronia ovat sen kolmannessa kiertoradalla, joka mahtuu potentiaalisesti 18 elektronia. Hiilivedyt neljä paritonta elektronia puolestaan ​​ovat toisessa kiertoradallaan, johon mahtuu vain 8, ja kun kiertorata täyttyy, molekyylikombinaatiosta tulee erittäin vakaa.

Koska hiili-hiili-sidos on vahvempi kuin piin ja piisidoksen välillä, hiiliyhdisteet pysyvät yhdessä vedessä samalla, kun piiyhdisteet hajoavat. Tämän lisäksi toinen todennäköinen syy hiilipohjaisten molekyylien hallitsemiselle maapallolla on hapen runsaus. Hapetus polttaa suurimman osan elämän prosesseista, ja sivutuote on hiilidioksidi, joka on kaasu. Piipohjaisilla molekyyleillä muodostetut organismit saisivat todennäköisesti myös energiaa hapettumisesta, mutta koska piidioksidi on kiinteä aine, niiden olisi hengitettävä kiinteä aine.