Por Chris Deziel
Actualizado el 24 de marzo de 2022
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Los compuestos orgánicos (aquellos que forman la química de la vida) se definen por la presencia de carbono. Como sexto elemento más abundante en el universo y sexto en la tabla periódica, la estructura electrónica única del carbono le confiere una versatilidad incomparable. Sus dos electrones de la capa interna y sus cuatro electrones de la capa externa le permiten formar cuatro enlaces covalentes fuertes, una propiedad que permite el ensamblaje de moléculas vastas y estables incluso en ambientes acuosos. Esto hace que el carbono sea indispensable no sólo para la biología de la Tierra sino también para cualquier vida que pueda existir en otros lugares.
Los cuatro electrones de valencia del carbono le permiten formar enlaces covalentes diversos y robustos, creando moléculas que permanecen intactas en el agua. Se han catalogado casi 10 millones de compuestos de carbono únicos que sustentan todos los sistemas vivos.
Los átomos luchan por alcanzar un octeto (ocho electrones en su capa exterior) mediante enlaces iónicos o covalentes. El carbono, con sus cuatro electrones de valencia, puede tanto donar como aceptar electrones, formando hasta cuatro enlaces covalentes simultáneamente. Esta flexibilidad se ilustra con el metano (CH₄), donde cada hidrógeno comparte un par de electrones con el carbono, cumpliendo los requisitos de octeto de ambos átomos.
Cuando dos átomos de carbono comparten un solo par de electrones, crean un enlace fuerte con tres sitios de enlace restantes cada uno. Agregar más átomos de carbono expande la red rápidamente, produciendo cadenas lineales, anillos o estructuras policíclicas complejas. Las posibilidades combinatorias son enormes, lo que explica por qué los químicos han identificado casi 10 millones de moléculas distintas basadas en carbono. Entre los más vitales para la vida se encuentran los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos (el más famoso es el ADN).
El silicio, justo debajo del carbono en la tabla periódica, es 135 veces más abundante en la Tierra y también tiene cuatro electrones en la capa externa. Sin embargo, los electrones de valencia del silicio residen en el tercer orbital, que puede albergar hasta 18 electrones, lo que da lugar a enlaces más largos y débiles. En consecuencia, los enlaces silicio-silicio son menos robustos que los enlaces carbono-carbono a temperaturas favorables para la vida, y los compuestos a base de silicio a menudo se disuelven o descomponen en agua. Además, el dióxido de silicio es un sólido, por lo que cualquier metabolismo basado en el silicio tendría que expulsar los desechos sólidos, un resultado evolutivo poco probable. Estos factores, combinados con la prevalencia del oxígeno y la necesidad de CO₂ gaseoso para los ciclos energéticos, favorecen al carbono como la química de la vida.
