A szén, az élet építőegysége

Bizonyára ismered a szén néhány változatát. Ez itt például a grafit, a szén egyik formája, amelyik nagyon fontos ahhoz, hogy ceruzával írhassunk. Nélküle nem látszana az írás, vagyis a grafit nyoma a papíron. A papír, bár nem tiszta szén, ugyancsak sok szenet tartalmaz. Ez itt egy darab nyers gyémánt, a szén egy másik változata, ami hosszú idő alatt, nagy nyomáson jön létre. Azt viszont talán nem is gondolnád, hogy a szén az élet alapvető építőköve. Voltaképpen az élet – abban a formájában, amit mi ismerünk – szénalapú élet. Amikor az általunk ismert élet jeleit kutatjuk más bolygókon, akkor szénalapú életet keresünk. Létezhetnek más formák, amelyekben más elemek hozzák létre az élet vázát, de a szén az egyetlen olyan, amelyet mi meg tudtunk figyelni. Mármost miért ilyen jelentős a szén az élet szempontjából? Miért ez alkotja az életet jelentő molekulák vázát? Mindez visszavezethető arra, hogy hol a helye a periódusos rendszerben, mennyi a rendszáma, és hogyan létesít kötéseket. Ezért fontos a kémia. Itt látható a szén, a hatos rendszámú elem, ami definíció alapján azt jelenti, hogy 6 protonja van. Ha lerajzolnám az atommagját, akkor 1, 2, 3, 4, 5, 6 proton lenne benne. A szén leggyakoribb földi izotópja a szén-12, amelyben 6 neutron is van. Iderajzolom: 1, 2, 3, 4, 5, 6 neutron. A semleges szénatomban ezen kívül 6 elektron is van. Közülük 2 legbelül, az első héjon van. Ez az a kettő. Ezek alkotják a belső héjat. E kettő mellett négy másik van még a külső héjon. Ezt a négyet tekintjük vegyértékelektronnak, ezek vesznek részt a reakciókban. Ha mindebből valami ismeretlenül cseng, nézd meg azokat a Khan Academy videókat, amelyek a vegyértékelektronokról szólnak. Ez csak egy rövid ismétlés. A szénatomnak 4 vegyértékelektronja van. Főként a vegyértékelektronok felelősek a kémiai reakciókért. Az ábrát egyszerűsítve azt mondhatnám: ez itt a szén, körülötte pedig feltüntetem a vegyértékelektronokat, ahogy szokás, jelezve, hogy a szénatomnak 1, 2, 3, 4 vegyértékelektronja van. Talán emlékszel az oktett-szabályra, amely szerint az atomok akkor stabilabbak, amikor – legalább látszólag, amikor megosztással, – 8 elektron van a külső héjukon. A szén ezt úgy éri el, hogy 4 kovalens kötést létesít, például hidrogénnel. Ennek a hidrogénnek 1 vegyértékelektronja van (voltaképpen ez az egy elektronja van). Most elégedett, mert úgy érzi, hogy két elektronon osztozik, amelyek feltöltik az első héját. A hidrogén szeretné betölteni az első héját, hogy egy kicsit héliumnak érezhesse magát. A szén pedig így reagál: hoppá, meg kell osztanom ezt az elektront. Majd megismétli ugyanezt három további hidrogénnel. Most tehát a szén úgy érezheti, hogy 8 elektronon osztozik, a hidrogének pedig úgy érezhetik, hogy 2 elektronon osztoznak. Úgy tűnik mindenki elégedett, mindenki stabil. Ez a molekula pedig a metán. Definíció szerint, mivel szenet tartalmaz, szerves molekulának tekintjük. Voltaléppen az egész szerves kémia a szerves, azaz a széntartalmú molekulákkal foglalkozik. Mivel ez a molekula a szén mellett csak hidrogént tartalmaz, szénhidrogénnek is nevezzük. Ez egy szénhidrogén. Lehet, hogy például a benzint is hallottad szénhidrogénként említeni, mivel valóban az is. A benzin, de voltaképpen még a metán is felhasználható üzemanyagként. De a szénhidrogénekben jellemzően hosszú láncok vannak. Az oktán láncát például 8 szénatom alkotja. Talán hallottál már magas oktánszámú üzemanyagról. Tehát 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 szénatom. Ez szénhidrogén. A neve oktán, mert 8 szénatom van benne. Oktán. A kötéseket illetően tudjuk, hogy a szén jellemzően 4 kötést alakít ki, ez a szén tehát 4 kötéssel kapcsolódik. Ezek is 4-4 kötéssel kapcsolódnak. Két kötéssel hidrogénhez, kettővel szénhez. Remélem, ebből kezd kiderülni, hogy miért is olyan hasznos építőelem a szén, hiszen oly sok és sokféle szerkezethez tud kapcsolódni. A szénhidrogének a láncok mellett gyűrűs szerkezeteket is alkothatnak. A grafit és a gyémánt pedig rácsszerkezetet alkot, amelyben a szén kettőnél több szénatomhoz kapcsolódik az így kialakuló térbeli szerkezetekben. A formát a szén által kialakított 4 kötés adja meg. Ezt tetraéder alaknak, illetve tetraéderes kötésnek nevezzük. A tetraéder azt jelenti, hogy... ... várjunk, ehhez egy másik szín kell. A tetraéder tehát egy térbeli alakzat, amelynek négy oldala egy-egy háromszög. Így néz ki. Háromszög alapú piramis. Amikor a szén kötéseket alakít ki, mint a metán esetében... A középső szenet egy sárga körrel jelölöm, a hidrogének pedig az alakzat sarkaira kerülnek. vagyis a tetraéder csúcsaira. Ezt a tetraéderes formát alakítja ki a szén. Persze ebben benne vannak a kovalens kötések is. Ezeket másik színnel jelölöm. Tehát ezek a kovalens kötések, így, ni. Ez az egyik, ez a másik, itt is egy, és itt is egy. Ezek az elektronok mind itt keringenek. Itt van még egy, és itt még egy. A metánt néha így is ábrázolják, de valójában tetraéder alakú. Mindjárt kész a rajz, itt a négy hidrogén, ezek a vonalak pedig egy-egy elektronpárt jelentenek, összesen 8 megosztott elektront. A valós forma viszont ehhez áll közelebb. Ismétlem, ez képezi a vázát az életnek, vagyis az általunk ismert életnek, beleértve a te életedet is, a te alakodban testet öltött életet. Már említettük, hogy a testünk nagy része víz, így egy átlagos ember nagyjából, a hidratáltsági állapotától és a korától függően, egy átlagos ember tömegének 65 százaléka oxigén. A testtömeg kétharmadát az oxigén adja, a sok víz miatt. A víz képlete H₂O. A vízmolekula fő tömegét pedig az oxigén adja. A második helyen azonban a szén áll. A szén a testtömegünk kb. 18 %-át adja. Ebben minden benne van, ami nem folyékony, ami nem folyadék a testünkben. Ebben aztán bőven van szén. Ez itt a DNS molekula, és ez a sok kis szürke rész mind szén. Ez itt a hexokináz. Nem részletezem, hogy mi mindent csinál, de a hexokináz egy fehérje. A kékeszöld része pedig mind szén. Ez itt a glükóz. Nagyon édes ízű. A test energiaháztartásának fontos tényezője. A kékeszöld része pedig mind szén. Ez az ATP, ami gyakran a test energiavalutájaként emlegetnek. A kékeszöld része mind szén. Ez az oka annak, hogy a test szárazanyagának nagy része szén. Remélhetőleg ezzel jobban belátod, miért jelentős a szén. Nem csak a ceruzában és a gyémántban fontos, hanem akár a saját kezünkre tekintve is rengeteg szenet látunk.