本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
地球上的一切都由不同元素的组合构成——所有这些元素都可以在元素周期表上找到。考虑到元素周期表包含 118 种元素，但有机生命似乎只倾向于大量使用其中的五六种元素，这似乎很可惜。其中最主要的一种是碳。
如果没有碳，地球上的生命将不可能存在。碳是糖、蛋白质、脂肪、DNA、肌肉组织以及你体内几乎所有物质的主要成分。碳如此特别的原因在于单个原子的电子构型。电子存在于围绕中心原子核的同心“壳层”中，碳的最外层壳层中有四个电子。由于原子最稳定的状态是拥有八个电子，这意味着每个碳原子可以与周围的原子形成四个键。
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上述分子中的每个键都由两个电子共享形成；一个来自碳，一个来自氢。形成四个键的能力并不局限于碳，它是每个外层有四个电子的原子的特性，包括硅、锡和铅。碳的特别之处，以及硅基生命形式仅限于科幻小说（而铅基生命形式几乎从未被提及）的原因在于，它可以形成双键，与另一个原子共享不止一个电子，如下所示
为什么碳能够做到这一点而硅不能？尽管图中所有的键都画成直线，但在现实生活中，并非所有的键都是相同的。双键由两种不同类型的键组成。每个键都由两个电子轨道（每个原子一个）重叠而成。在不深入研究一些严肃的物理学的情况下，将轨道视为一个模糊的区域，快速移动的电子最有可能在其中飞速运动，这是最容易理解轨道的方式。当两个轨道重叠时，您就有了两倍的空间供两个电子在其中飞速运动。
单键由两个圆形轨道重叠并包围两个原子而形成
第二个键的形成方式略有不同。形成这些键的电子不在原子核周围的球形轨道中，而是在原子核上方和下方突出的椭圆形轨道中。当它们重叠时，键在第一个键的上方和下方形成，如图所示
那么，为什么碳可以而硅不能实现这种双键技巧呢？答案在于尺寸。碳是所有外层有四个电子的原子中最小的，这意味着上方和下方轨道中的电子足够接近以重叠并形成第二个键。然而，对于硅来说，有更多的电子轨道阻挡了路径，整个原子更大，外层轨道几乎不可能足够接近以形成双键。这就是为什么二氧化碳是一个由两个氧原子与一个碳原子形成双键的小型气态分子，而二氧化硅是一个巨大的分子巨兽，由大量的交替的氧原子和硅原子组成，更广为人知的名称是沙子。
如果你努力尝试，你几乎可以得到硅-硅双键，但它们相当不稳定，并且会抓住任何机会失去双键，转而形成另一个单键。另一方面，碳-碳双键自然且容易形成，并且对于地球上的每个生物体都至关重要。如果存在硅基生命形式，那么它们原子的化学性质意味着它们的构建方式必须与地球上的生命截然不同。
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