而不稳定性指的是元素最外层电子形成共价键的难易程度,越不稳定,越易形成更多的共价键。
在元素周期表中,既要保证原子序数不能太大,又要核外电子形成更多的共价键,也只有碳元素能满足。
碳原子序数为6,一共有6个电子,其中最外层有4个电子。
这四个电子可以形成四个共价键。
这四个共价键就可以让碳元素以共价键的形式形成更为复杂的分子,这是生命形成的必然条件。碳基分子可以形成十分长的非重复聚合物链,也可以形成闭环,或者与其他的元素形成单键,双键或者三键,这些组合形式甚至可以达到数百万种类型。这就让碳基分子可以参与大量生命必需分子的形成过程。分子组合的形式越多,越复杂,携带的信息也就越大,这就造就了DNA可以携带大量的遗传信息,生命体的功能也就越齐全。
可能有人会说,生命体核心元素为什么一定需要四个共价键,难道形成两个或者三个共价键的元素不行吗?拥有两个或者三个共价键的元素,虽然形成的生命大分子种类没有那么多,但也足够有成千上万种组合,这些数量的组合形式对生命来说,或许就足够了。
我们以拥有两个共价键的氧元素为例,氧的核外电子决定其只能和两个原子结合,所以形成的分子不管是从复杂度还是丰富度都大打折扣,即便存在氧基生命,其生命的物质结构也会十分简单,无法进化成更高级的生命形式。
而硼可以生成三个共价键,所形成的分子复杂度也比较多,但是硼在地壳中的含量极其稀有,地壳含量只有0.001%,与碳元素含量存在量级上的差距,这也许是硼元素没有形成生命的一个重要原因。
氮同样可以形成三个共价键,但是氮原子最外能层的一个能级上有两个电子,这就是富余电子
这部分富余电子在一般的生命分子中可以起到氢键的作用,方便形成其他空间结构,但在氮基的生命分子中就是反作用了,它们会挤压其他的三对键的位子,这使得氮基骨架在空间结构的可能性上远小于碳基骨架。
其实在元素周期表中,构成生命的基础元素只需考虑前18种元素即可,越靠后的元素越不稳定。
就以碳和硅举例,它们虽然最外层电子都可以形成四个共价键,但是硅的最外层电子在第三个能层上,而碳的最外层电子在第二个能层上,最外层电子距离原子核越远,就越不稳定,形成的共价键就越容易断裂,比如硅-硅共价键的强度是196KJ/mol,