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Compostos orgânicos são aqueles dos quais a vida depende, e todos eles contêm carbono. De fato, a definição de um composto orgânico é aquela que contém carbono. É o sexto elemento mais abundante no universo, e o carbono também ocupa a sexta posição na tabela periódica. Possui dois elétrons em sua camada interna e quatro na externa, e é esse arranjo que torna o carbono um elemento tão versátil. Porque ele pode se combinar de tantas maneiras diferentes e porque as ligações de carbono são fortes o suficiente para permanecer intactas na água - o outro requisito para a vida - o carbono é indispensável para a vida como a conhecemos. De fato, pode-se argumentar que o carbono é necessário para que a vida exista em outras partes do universo e da Terra.
TL; DR (muito longo; não leu)
Por ter quatro elétrons em seu segundo orbital, que podem acomodar oito, o carbono pode combinar de muitas maneiras diferentes e formar moléculas muito grandes. As ligações de carbono são fortes e podem permanecer juntas na água. O carbono é um elemento tão versátil que existem quase 10 milhões de compostos de carbono diferentes.
É sobre Valência
A formação de compostos químicos geralmente segue a regra do octeto pela qual os átomos buscam estabilidade ao ganhar ou perder elétrons para atingir o número ideal de oito elétrons em sua camada externa. Para este fim, eles formam ligações iônicas e covalentes. Ao formar uma ligação covalente, um átomo compartilha elétrons com pelo menos um outro átomo, permitindo que ambos os átomos atinjam um estado mais estável.
Com apenas quatro elétrons em sua camada externa, o carbono é igualmente capaz de doar e aceitar elétrons e pode formar quatro ligações covalentes ao mesmo tempo. A molécula de metano (CH4) é um exemplo simples. O carbono também pode formar laços consigo mesmo, e os laços são fortes. Diamante e grafite são compostos inteiramente de carbono. A diversão começa quando o carbono se liga a combinações de átomos de carbono e de outros elementos, particularmente hidrogênio e oxigênio.
A formação de macromoléculas
Considere o que acontece quando dois átomos de carbono formam uma ligação covalente um com o outro. Eles podem combinar de várias maneiras e, em um, compartilham um único par de elétrons, deixando três posições de ligação em aberto. O par de átomos agora possui seis posições de ligação abertas e, se uma ou mais são ocupadas por um átomo de carbono, o número de posições de ligação aumenta rapidamente. Moléculas que consistem em grandes cadeias de átomos de carbono e outros elementos são o resultado. Essas cadeias podem crescer linearmente ou podem fechar e formar anéis ou estruturas hexagonais que também podem ser combinadas com outras estruturas para formar moléculas ainda maiores. As possibilidades são quase ilimitadas. Até o momento, os químicos catalogaram quase 10 milhões de diferentes compostos de carbono. Os mais importantes para a vida incluem carboidratos, formados inteiramente com carbono, hidrogênio, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, dos quais o exemplo mais conhecido é o DNA.
Por que não silício?
O silício é o elemento que está abaixo do carbono na tabela periódica e é cerca de 135 vezes mais abundante na Terra. Como o carbono, ele tem apenas quatro elétrons em sua camada externa, então por que as macromoléculas que formam os organismos vivos à base de silício? A principal razão é que o carbono forma ligações mais fortes que o silício a temperaturas propícias à vida, especialmente consigo mesma. Os quatro elétrons não emparelhados na camada externa de silício estão em seu terceiro orbital, que pode acomodar 18 elétrons. Carbonos quatro elétrons não emparelhados, por outro lado, estão em seu segundo orbital, que pode acomodar apenas 8, e quando o orbital é preenchido, a combinação molecular se torna muito estável.
Como a ligação carbono-carbono é mais forte que a ligação silício-silício, os compostos de carbono permanecem juntos na água enquanto os compostos de silício se separam. Além disso, outro motivo provável para o domínio de moléculas baseadas em carbono na Terra é a abundância de oxigênio. A oxidação alimenta a maioria dos processos vitais, e um subproduto é o dióxido de carbono, que é um gás. Organismos formados com moléculas à base de silício provavelmente também receberiam energia da oxidação, mas como o dióxido de silício é um sólido, eles teriam que expirar a matéria sólida.