¿Por qué el carbono es tan importante para los compuestos orgánicos?

Los compuestos orgánicos son aquellos de los que depende la vida, y todos ellos contienen carbono. De hecho, la definición de un compuesto orgánico es aquella que contiene carbono. Es el sexto elemento más abundante del 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 es esta disposición la que hace del carbono un elemento tan versátil. Debido a que puede combinarse de muchas maneras diferentes, y debido a que los enlaces de las formas de carbono son lo suficientemente fuertes como para permanecer intacto 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, así como en la Tierra.

Resumen

Debido a que tiene cuatro electrones en su segunda órbita, que puede alojar 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.

Valencia

La formación de compuestos químicos generalmente sigue la regla del octeto por la cual los átomos buscan estabilidad ganando o perdiendo electrones para alcanzar el número óptimo de ocho electrones en su capa externa. Para ello, forman enlaces iónicos y covalentes. Cuando se forma un enlace covalente, un átomo comparte electrones con al menos otro átomo, permitiendo que ambos átomos logren un estado más estable.

Con sólo cuatro electrones en su capa exterior, el carbono es igualmente capaz de donar y aceptar electrones, y puede formar cuatro enlaces covalentes a la vez. La molécula de metano (CH4) es un ejemplo simple. El carbono también puede formar vínculos consigo mismo, y los vínculos son fuertes. El diamante y el grafito están compuestos en su totalidad de carbono. La diversión comienza cuando el carbono se une con combinaciones de átomos de carbono y de otros elementos, particularmente hidrógeno y oxígeno.

La formación de macromoléculas

Considere lo que sucede cuando dos átomos de carbono forman un enlace covalente entre sí. Pueden combinarse de varias maneras, y en una, comparten un solo par de electrones, dejando tres posiciones de unión abiertas. El par de átomos tiene ahora seis posiciones de enlace abiertas, y si uno o más está ocupado por un átomo de carbono, el número de posiciones de enlace crece rápidamente. El resultado son moléculas formadas por grandes cadenas de átomos de carbono y otros elementos. Estas cuerdas 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 enteramente con carbono, hidrógeno, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, de los cuales el ejemplo más conocido es el ADN.

¿Por qué no de silicio?

El silicio es el elemento que se encuentra justo debajo del carbono en la tabla periódica, y es unas 135 veces más abundante en la Tierra. Al igual que el carbono, sólo tiene cuatro electrones en su capa externa, así que ¿por qué las macromoléculas que forman los organismos vivos no están basadas en el silicio? La razón principal es que el carbono forma enlaces más fuertes que el silicio a temperaturas que favorecen la vida, especialmente consigo mismo. Los cuatro electrones no emparejados de la capa exterior del silicio se encuentran en su tercera órbita, que puede alojar potencialmente 18 electrones. Los cuatro electrones no apareados del carbono, por otro lado, están en su segunda órbita, que puede acomodar sólo 8, y cuando la órbita se llena, la combinación molecular se vuelve muy estable.

Debido a que el enlace carbono-carbono es más fuerte que el de 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 de 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 de silicio probablemente también obtendrían energía de la oxidación, pero como el dióxido de silicio es un sólido, tendrían que exhalar materia sólida.

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