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 positie in op het periodiek systeem. Het heeft twee elektronen in zijn binnenste schil en vier in de buitenste schil, en het is deze opstelling die koolstof zo'n veelzijdig element maakt. Omdat het op zoveel verschillende manieren kan combineren, en omdat de koolstofvormen 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. Er kan zelfs een argument worden aangevoerd dat koolstof nodig is om leven elders in het universum en op aarde te laten bestaan.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Omdat het vier elektronen in zijn tweede baan heeft, die plaats bieden aan acht, kan koolstof op veel verschillende manieren worden gecombineerd en kan het zeer grote moleculen vormen. Koolstofbindingen zijn sterk en kunnen in water bij elkaar blijven. Koolstof is zo'n veelzijdig element dat er bijna 10 miljoen verschillende koolstofverbindingen bestaan.
Het gaat om Valency

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

Met slechts vier elektronen in zijn buitenste schil is koolstof even goed in staat om te doneren en te accepteren elektronen, en het kan vier covalente bindingen tegelijkertijd vormen. Het methaanmolecuul (CH4) is een eenvoudig voorbeeld. Koolstof kan ook banden met zichzelf vormen en de banden zijn sterk. Diamant en grafiet bestaan beide volledig uit koolstof. Het plezier begint wanneer koolstof bindt met combinaties van koolstofatomen en die van andere elementen, met name waterstof en zuurstof.
De vorming van macromoleculen

Bedenk wat er gebeurt wanneer twee koolstofatomen een covalente binding met elkaar vormen. Ze kunnen op verschillende manieren worden gecombineerd, en op één manier delen ze een enkel elektronenpaar, waardoor drie bindingsposities open blijven. Het paar atomen heeft nu zes open bindingsposities, en als een of meer bezet zijn 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 combineren met andere structuren om nog grotere moleculen te vormen. De mogelijkheden zijn bijna onbeperkt. 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.
Why Not Silicon?

Silicium is de element net onder koolstof in het periodiek systeem, en het is ongeveer 135 keer overvloediger op aarde. Net als koolstof heeft het slechts vier elektronen in zijn buitenste schil, dus waarom zijn de macromoleculen die levende organismen vormen niet op silicium gebaseerd? De belangrijkste reden is dat koolstof sterkere bindingen vormt 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 zijn derde orbitaal, die mogelijk 18 elektronen kan bevatten. De vier niet-gepaarde elektronen van de koolstof 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-koolstofbinding sterker is dan de silicium-siliciumbinding, blijven koolstofverbindingen samen in water, terwijl siliciumverbindingen uiteenvallen. Daarnaast is de overvloed aan zuurstof een andere waarschijnlijke reden voor de dominantie van koolstofgebaseerde moleculen op aarde. Oxidatie voedt de meeste levensprocessen en een bijproduct is koolstofdioxide, wat een gas is. Organismen gevormd met op silicium gebaseerde moleculen zouden waarschijnlijk ook energie halen uit oxidatie, maar omdat siliciumdioxide een vaste stof is, zouden ze vaste stoffen moeten uitademen.