Organische verbindingen zijn die waarvan het leven afhankelijk is en ze bevatten allemaal koolstof. In feite is de definitie van een organische verbinding er een die koolstof bevat. Het is het zesde meest voorkomende element in het universum en koolstof neemt ook de zesde plaats in op het periodiek systeem. Het heeft twee elektronen in de binnenste schil en vier in de buitenste, en het is deze opstelling die koolstof zo'n veelzijdig element maakt. Omdat het op zoveel verschillende manieren kan combineren, en omdat de koolstofvormen van de bindingen sterk genoeg zijn om intact te blijven in water - de andere vereiste voor het leven - is koolstof onmisbaar voor het leven zoals we het kennen. In feite kan worden beargumenteerd dat koolstof nodig is om het leven elders in het universum en op aarde te laten bestaan.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Omdat het vier elektronen heeft in zijn tweede baan, die plaats biedt aan acht, kan koolstof op veel verschillende manieren combineren en het kan zeer grote moleculen vormen. Koolstofbindingen zijn sterk en kunnen samen in water blijven. Koolstof is zo'n veelzijdig element dat er bijna 10 miljoen verschillende koolstofverbindingen bestaan.

Het is Over Valency

De vorming van chemische verbindingen volgt over het algemeen de octetregel waarmee atomen stabiliteit zoeken door elektronen te verkrijgen of te verliezen. om het optimale aantal van acht elektronen in hun buitenste schil te bereiken. Hiertoe vormen ze ionische en covalente bindingen. Bij het vormen van een covalente binding deelt een atoom elektronen met ten minste één ander atoom, waardoor beide atomen een stabielere toestand bereiken.

Met slechts vier elektronen in de buitenste schil is koolstof evengoed in staat om te doneren en te accepteren elektronen, en het kan in één keer vier covalente bindingen vormen. Het methaanmolecuul (CH _{4) is een eenvoudig voorbeeld. Koolstof kan ook een band met zichzelf vormen en de obligaties zijn sterk. Diamant en grafiet zijn beide volledig samengesteld uit koolstof. Het plezier begint wanneer koolstofverbindingen met combinaties van koolstofatomen en die van andere elementen, met name waterstof en zuurstof.}

De vorming van macromoleculen

Overweeg wat er gebeurt wanneer twee koolstofatomen een covalente binding vormen met elkaar. Ze kunnen op verschillende manieren worden gecombineerd en in één delen ze een enkel elektronenpaar, waardoor er drie posities open blijven. Het paar atomen heeft nu zes open bindingsposities en als een of meer wordt bezet door een koolstofatoom, groeit het aantal bindingsposities snel. Moleculen bestaande uit grote reeksen koolstofatomen en andere elementen zijn het resultaat. Deze snaren kunnen lineair groeien, of ze kunnen sluiten en ringen of hexagonale structuren vormen die ook kunnen worden gecombineerd met andere structuren om nog grotere moleculen te vormen. De mogelijkheden zijn bijna onbegrensd. Tot op heden hebben chemici bijna 10 miljoen verschillende koolstofverbindingen gecatalogiseerd. De belangrijkste voor het leven zijn koolhydraten, die volledig worden gevormd met koolstof, waterstof, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren, waarvan het bekendste voorbeeld DNA is.

Waarom niet silicium?

Silicium is het element net onder koolstof in het periodiek systeem en het is ongeveer 135 keer zo overvloedig op aarde. Net als koolstof heeft het slechts vier elektronen in zijn buitenste schil, dus waarom zijn niet de macromoleculen die levende organismen vormen op basis van silicium? De belangrijkste reden is dat koolstof sterker hecht dan silicium bij temperaturen die bevorderlijk zijn voor het leven, vooral met zichzelf. De vier niet-gepaarde elektronen in de buitenste schil van silicium bevinden zich in de derde omloop, die 18 elektronen kan bevatten. De vier ongepaarde elektronen van Carbon bevinden zich daarentegen in de tweede orbitaal, die slechts 8 kan bevatten, en wanneer de orbitaal is gevuld, wordt de moleculaire combinatie zeer stabiel.

Omdat de koolstof-koolstof binding sterker is dan de silicium-siliciumbinding blijven koolstofverbindingen samen in water terwijl siliciumverbindingen uiteenvallen. Daarnaast is een andere waarschijnlijke reden voor de dominantie van op koolstof gebaseerde moleculen op aarde de overvloed aan zuurstof. Oxidatie is een brandstof voor de meeste levensprocessen en een bijproduct is kooldioxide, een gas. Organismen gevormd met op silicium gebaseerde moleculen zouden waarschijnlijk ook energie krijgen van oxidatie, maar omdat siliciumdioxide een vaste stof is, zouden ze vaste stof moeten uitademen.