Los compuestos orgánicos son aquellos de los que depende la vida, y todos contienen carbono. De hecho, la definición de un compuesto orgánico es aquella que contiene carbono. Es el sexto elemento más abundante en el universo, y el carbono también ocupa la sexta posición en la tabla periódica. Tiene dos electrones en su capa interna y cuatro en la externa, y esta disposición hace que el carbono sea un elemento tan versátil. Debido a que puede combinarse de muchas maneras diferentes, y debido a que los enlaces que forman el carbono son lo suficientemente fuertes como para permanecer intactos en el agua, el otro requisito para la vida, el carbono es indispensable para la vida tal como la conocemos. De hecho, se puede argumentar que el carbono es necesario para que la vida exista en otras partes del universo y en la Tierra.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
Debido a que tiene cuatro electrones en su segundo orbital, que puede acomodar a ocho, el carbono puede combinarse de muchas maneras diferentes y puede formar moléculas muy grandes. Los enlaces de carbono son fuertes y pueden permanecer juntos en el agua. El carbono es un elemento tan versátil que existen casi 10 millones de compuestos de carbono diferentes.
Se trata de Valencia
La formación de compuestos químicos generalmente sigue la regla del octeto por la cual los átomos buscan estabilidad al ganar o perder electrones para lograr el Número óptimo de ocho electrones en su capa externa. Para este fin, forman enlaces iónicos y covalentes. Al formar un enlace covalente, un átomo comparte electrones con al menos otro átomo, permitiendo que ambos átomos alcancen un estado más estable.
Con solo cuatro electrones en su capa externa, el carbono es igualmente capaz de donar y aceptar electrones, y puede formar cuatro enlaces covalentes a la vez. La molécula de metano (CH 4) es un ejemplo simple. El carbono también puede formar enlaces consigo mismo, y los enlaces son fuertes. El diamante y el grafito están compuestos completamente de carbono. La diversión comienza cuando los enlaces de carbono con combinaciones de átomos de carbono y los de otros elementos, particularmente hidrógeno y oxígeno. Considere lo que sucede cuando dos átomos de carbono forman un enlace covalente entre sí. Se pueden combinar de varias maneras, y en una, comparten un solo par de electrones, dejando tres posiciones de enlace abiertas. El par de átomos ahora tiene seis posiciones de enlace abiertas, y si uno o más están ocupados por un átomo de carbono, el número de posiciones de enlace crece rápidamente. El resultado son moléculas que consisten en grandes cadenas de átomos de carbono y otros elementos. Estas cadenas pueden crecer linealmente, o pueden cerrarse y formar anillos o estructuras hexagonales que también pueden combinarse con otras estructuras para formar moléculas aún más grandes. Las posibilidades son casi ilimitadas. Hasta la fecha, los químicos han catalogado casi 10 millones de compuestos de carbono diferentes. Los más importantes para la vida incluyen los carbohidratos, que se forman completamente con carbono, hidrógeno, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, de los cuales el ejemplo más conocido es el ADN. El silicio es el elemento justo debajo del carbono en la tabla periódica, y es aproximadamente 135 veces más abundante en la Tierra. Al igual que el carbono, tiene solo cuatro electrones en su capa externa, entonces, ¿por qué las macromoléculas que forman organismos vivos no están basadas en silicio? La razón principal es que el carbono forma enlaces más fuertes que el silicio a temperaturas propicias para la vida, especialmente consigo mismo. Los cuatro electrones no emparejados en la capa externa de silicio están en su tercer orbital, que puede acomodar 18 electrones. Los cuatro electrones no apareados de carbono, por otro lado, están en su segundo orbital, que puede acomodar solo 8, y cuando el orbital se llena, la combinación molecular se vuelve muy estable. Porque el enlace carbono-carbono es más fuerte que el enlace silicio-silicio, los compuestos de carbono permanecen juntos en el agua mientras que los compuestos de silicio se separan. Además de esto, otra razón probable para el dominio de las moléculas basadas en carbono en la Tierra es la abundancia de oxígeno. La oxidación alimenta la mayoría de los procesos vitales, y un subproducto es el dióxido de carbono, que es un gas. Los organismos formados con moléculas basadas en silicio probablemente también obtendrían energía de la oxidación, pero dado que el dióxido de silicio es un sólido, tendrían que exhalar materia sólida.
La formación de macromoléculas
¿Por qué no el silicio?