為何有機物能夠在化學物質中獨樹一幟？這是由 C 原子的哪些性質導致的？

01-07

有機物和無機物的區別與聯繫都有哪些？
為何含碳的有機物種類龐大，能夠在化學中獨樹一幟？
這是由碳原子的哪些性質導致的？

為何同為第四主族的 Si、Ge、Sn 等元素（見圖）都不具備 C 元素在這方面的獨特性？

非要給個原因的話，目前生產上比較經濟的溫度控制範圍是有限的。

硅化合物也能做成這樣。

然而對於硅基生物來說，硅基酶的適宜溫度大概太高了，地球對他們來說太冷。

背景和化學原理我就不多說了，我就講講現代有機化學的發展情況和我覺得比較promising的方向：

1.催化
與工業界合緊密，提高關鍵反應步驟的速率能給合成業（製藥、日化）帶來巨大利潤提升。能很方便地把研究成果產業化是其優勢之一。

2.全合成
最難也最容易出大新聞的方向，通過設計合成路線來人工合成一些被認為是無法合成的重要天然物質。這個行業雖然經常有革命性的成果，但是研究周期長，需要極大的耐心與恆心，以及抗挫折能力（聽說過一個搞全合成的post doc實驗室失火，燒掉了花四年合成的產品）。

3.方法學

設計新的反應，提出新的機理，或者優化已知的反應。從而使更多新物質得以被合成，或者大幅降低部分困難/危險反應的難度。

4.計算有機化學

有機化學擁有極致的多樣性，radical group的拼接，carbon skeleton的形狀與長度，都是千變萬化的。從結構上看，有機分子里各種MO構型可塑性極大，可以通過結構與關鍵集團的調整來調整HOMO與LUMO，從而modify and maximize its certain performance。

正是這一點讓有機化學成為了最computable的一個分支。小單元組合的特性讓現代計算化學能暴力設計一系列擁有某性能的物質的可能的構型，然後你去合成出來，測試性能…前老闆曾經提出過Molecular engineering，個人認為這也是有機化學未來的大方向吧。

有機物中碳可以以各種架構方式（環裝、鏈狀，短或長的鏈，扭曲或平面的芳或雜環或環烷烴，含N/S/X鹵素/P等等的）以各種反應機理（親電加成、親核取代、碳正離子中間體等等）組成分子。由於碳電負性較大又不是很大，雜化軌道數正好可以2～4又不會太大。對於硅，由於電負性比氫還小，導致在甲硅烷之中的硅氫鍵偏向氫而使其極易斷裂，所以硅烷在空氣中即可自燃（更不必說乙硅烷及以上）連最基礎的與氫之間形成的化合物（類似烷）都如此不穩定，其他類似化合物就很難穩定存在了吧。

另外感謝邀請我來回答問題的仁兄，在下有禮了。

「有機」這歷史性名詞，可追塑至19世紀，當時生機論者認為有機化合物只能以生物（life-force，vis vitalis）合成。此理論基於有機物與「無機」的基本分別，有機物是不能被非生命力合成的。但後來這理論被推翻，德國化學家Friedrich W?hler 以氰酸與氨水合成尿素（無機物合成有機物）。一般而言，有機化合物定義為化合物中有碳氫鍵而無機化合物則沒有。因此碳酸（H2CO3）、二氧化碳是無機化合物，但是甲酸（又名蟻酸）（HCOOH，第一個脂肪酸）則是有機化合物。

以上引自維基百科

據說是Si等元素成鍵長度有限制。有機物動輒可以有上萬個C原子的長鏈，而其他元素很難也不穩定。

謝邀。

為什麼是碳而不是硅，這個應該也和整個大自然有關。因為生物體的四大元素是C， H, O, N.即使科學是發現和創造，但基本上也是向大自然學習。一般來說，如果大自然含量少的，要麼是很難合成，要麼就是性質不好或者未知。

至於為什麼有機化合物在化學物質裡面收到了更多的關注，這個似乎和碳沒有太大的關聯。最近幾十年，有機化合物受關注的一個重要原因，相對於無機化合物，是它的可修飾性。現在很多前言的材料，像OLEDs, DSSC有機太陽能的電池，甚至今年剛剛出爐的諾貝爾化學獎的分子機器molecular machinery，正是因為它們的可修飾性。合成化學家可以通過一系列的修飾，比如官能團，共軛等等來改變很多的性質。特別是現在有了計算化學的輔助，就讓這樣的修飾不再是那麼盲目了，而是有了一定的事先設計, 化學家和材料學家總能漸漸地接近相應的材料的「最好」的性質。

這個問題我找我們化學老師交流了一下，根據他的解釋，這跟C的電負性有一定關係。

碳的電負性大小適中，且可以sp,sp2,sp3雜化，所以C-H，C-C,C-O，C-N，C=C，C=O，C=N等共價鍵可以形成且鍵能大小適中，所以這些鍵也可以較為容易的斷裂並生成新的化合物。

而對於硅來說，雜化類型主要是sp3（沒有O=Si=O這種分子存在），但Si-O鍵的鍵能大於Si-C，Si-Si，Si-H，所以這些鍵均容易斷裂而生成SiO2,故自然界中存在最多的是Si-O化合物，且這種化合物很穩定，難以分解或進行其他反應。

而鍺錫的電負性較小，故形成共價鍵的趨勢降低，形成離子鍵的趨勢上升，故越來越可能形成離子化合物。一種金屬與一種非金屬一般也就形成少數幾種的離子化合物，所以Ge，Sn形成的化合物也很少。

所以說雖然C Si Ge Sn Pb處於同一主族，有許多相似的性質，但是也存在一些差異。而C的性質剛好滿足讓它形成多種化合物的條件。這大概就像八大行星同樣繞著太陽轉，但唯獨地球所處的位置和自身條件能夠滿足碳基生命體的生存需要一樣。

有機一次源於organic的翻譯，因為早前研究發現生命體中富含含碳物質，科學家就把這些生命體/器官/有生命活性的含碳物質稱之為oragnic，即除碳酸鹽和二氧化碳的物質。生命體運作多依賴多種有機物質進行各種循環，這就體現出這類物質「有機」的特性，當然無機物質的相關特性也能體現出其「無機」的一面，本人才疏學淺，水平有限，所說的也只是局限於自己的理解，謝謝。

有機化學其實就是碳的化學。之所以碳原子這麼特殊這麼有用，獨樹一幟，恰恰是因為我們人體的主要功能成分就是由碳組成的（除了水），所以研究碳氫化合物及其衍生物的學科就是有機化學。才有研究的必要。

從化學結構方面解釋，碳原子實在是太有意思了，原子核最外層四個價電子，最簡單的碳氫化合物，甲烷（CH4），不是簡單的平面結構或者線型結構，而是立體正四面體結構，這不是簡單無機物可比的。更別提複雜有機物了，可以形成多種複雜的構型構象，擴大有機化合物家族，跟我們人體組織中的有機物一樣都發揮著各自獨特功能。