Въглеродът като градивен елемент на живота

Може би познаваш някои форми на въглерода. Например този графит тук е една от формите на въглерода. Много е важен за писането с молив, защото без него няма да се вижда нищо. Графитът нямаше да остава по листа. А хартията също е въглерод, не е чист въглерод, но в нея също има доста въглерод. Това тук е необработен диамант, друга форма, която въглеродът приема при продължително излагане на високо налягане. Но това, което може би не осъзнаваш, е, че въглеродът е от първостепенна важност за живота. Животът, какъвто го познаваме, е основан на въглерода. Когато търсим признаци на живот на други планети, търсим признаци на основан на въглерод живот. Може да има и други форми, други елементи, които формират основата на живот, но въглеродът е единственият, който сме наблюдавали. Защо въглеродът е толкова важен за живота? Защо формира гръбнака на молекулите, които правят живота възможен? Всичко се свежда да мястото му в периодичната система, до поредният му номер и до начина, по който той се свързва с другите елементи. Затова химията е важна. Въглеродът има пореден номер шест, което по дефиниция означава, че в ядрото си има шест протона. Ако рисувам ядрото му, трябва да поставя 1, 2, 3, 4, 5, 6 протона. Най-често срещаният изотоп на въглерода на Земята е въглерод 12, който има и шест неутрона. Нека го нарисувам. 1, 2, 3, 4, 5, 6 неутрона. Неутралният въглероден атом ще има и шест електрона. Два от тях ще бъдат в най-вътрешния, в първия слой. Ето ги тук. Те са във вътрешния слой. Оставащите четири електрона са в най-външния слой. Тези четири електрона се смятат за валентни електрони. Те са електроните, които участват в химичните връзки. Ако това, за което говоря, не ти е ясно, те съветвам да изгледаш клиповете за валентни електрони, това тук е само един вид кратък преговор. Въглеродът има четири валентни електрона. Валентните електрони са тези, които участват в образуването на химични връзки. Ако исках да опростя картинката тук, щях просто да напиша въглерод, С, и за да отбележа валентните електрони, както обикновено правя, щях да сложа 1, 2, 3, 4 валентни електрона. Може би си спомняш октетното правило, че атомите обикновено са по-стабилни, когато имат, или поне се преструват че имат, като споделят осем електрона във външния си слой. Въглеродът може да направи това, като създаде четири ковалентни връзки. Например може да го направи с водорода. Този водород тук има един валентен електрон. Сега водородът се чувства добре, защото смята, че споделя два електрона и изпълва първия си слой. Чувства се малко като хелий, но въглеродът казва: "Хей, сега и аз споделям тези електрони". Въглеродът може да се свърже и с друг водород. Може да го направи отново с друг водород. И после отново. Сега въглеродът си казва: "Хей, аз споделям осем електрона", а всеки водород си казва: "Аз споделям два електрона!" Всички са доволни, всички атоми са стабилни. Тази молекула тук е метан. По определение, тъй като включва въглерод, тя се смята за органична молекула. Цялата органична химия всъщност изучава органичните вещества, а това са веществата, които съдържат въглерод. Тъй като тази молекула има само въглерод и водород, тя се нарича въглеводород. Може би се сещаш за примери за въглеводороди, например бензинът. Той наистина съдържа въглеводороди. Всъщност бензинът, и дори метанът, могат да се използват като горива. Но често ще виждаш и дълги въглеводородни вериги. Например октанът съдържа осем въглеродни атома. Може би си чувал/а за "високооктаново гориво". Да видим, един въглерод, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Този въглеводород е октан, защото има 8 въглерода, оттам – октан. Не забравяй, че въглеродът обикновено създава 4 връзки. Сега този въглерод има четири връзки, а този тук има две връзки с водород и две с въглерод. Надявам се, че това ти помага да разбереш защо въглеродът е така полезен градивен елемент. Той създава толкова много връзки с толкова много други структури. А тези въглеводороди могат да съдържат вериги или дори да съдържат пръстени, могат да съдържат циклични структури. Графитът и въглеродът в диаманта формират решетъчни структури, при които въглеродът се използва за свързване. Въглеродът се свързва с повече от два въглерода в триизмерни форми. Тъй като формира тези връзки, той създава форми, наричани обикновено тетраедрични форми или тетраедрично свързване. Ако някой каже "тетраедричен", има предвид... Ще използвам друг цвят. Тетраедърът е тримерно тяло, което има четири стени, всяка от които е триъгълник. Всяка стена е триъгълник. Затова изглежда ето така – като пирамида с триъгълна основа. А когато въглеродът създаде връзки като тези в метана – ще поставя въглерода в средата като жълт кръг, тогава всички водородни атоми ще бъдат при върховете на тетраедъра. Това е тетраедърната форма, която въглеродът оформя. Разбира се, тук имаме ковалентни връзки. Ще ги оцветя с друг цвят. Тук имаме ковалентни връзки, и можем да ги нарисуваме така. Можем да ги обозначим така. Това е една от тях, може би тази тук. (показва на чертежа) Тази тук е точно тук. Тези електрони трептят. И после тази, която е тук, а сега и тази, която е тук. Може да срещнеш метана, записан по този начин, но той всъщност формира тетраедър. Тетраедърна форма. Водород, водород, водород, водород, а всяка линия обозначава двойка електрони. Общо споделят осем електрона, но реалната форма изглежда по-скоро така. Смятам, че това е основата на живота, какъвто го познаваме, и дори е основата на живота, който представляваш ти, животът във вид на самия/самата теб. Вече сме говорили, че ти се състоиш основно от вода и затова средният човек ще бъде приблизително, много зависи от температурата и от възрастта, но средният човек е 65 процента кислород. Ние сме две трети кислород и това е заради водата, H2O, а кислородът представлява по-голямата част от масата на водната молекула. Но на второ място идва въглеродът. Въглеродът е приблизително 18% от твоята телесна маса. И това е така, защото във всички нeтечни части на тялото се съдържа голямо количество въглерод. Това тук е ДНК молекула, (показва на екрана) а сивите зони в нея са въглерод. Ето тук, ето това тук е ензимът хексокиназа. Сега няма да обясня подробно каква е функцията му, но хексокиназата е протеин. Този синьо-зелен цвят, който виждаш тук, всичко това е въглерод. Това тук е глюкоза, която е много сладка. Тя е важна за регулирането на енергията в тялото. В този метален цвят е въглеродът. Това е АТФ и често се смята за молекулярната валута на енергията в твоето тяло. И всичко в синьо-зелено тук е въглерод. Голяма част, особено неводната част, от тялото ти е въглерод. Надявам се, че вече имаш една по-добра представа за въглерода. Разбра, че той не се среща само в моливите и диамантите, а че даже когато погледнеш ръката си, всъщност виждаш въглерод.