本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
地球上的一切都由不同元素的組合構成——所有這些元素都可以在元素週期表上找到。考慮到元素週期表包含 118 種元素，但有機生命似乎只傾向於大量使用其中的五六種元素，這似乎很可惜。其中最主要的一種是碳。
如果沒有碳，地球上的生命將不可能存在。碳是糖、蛋白質、脂肪、DNA、肌肉組織以及你體內幾乎所有物質的主要成分。碳如此特別的原因在於單個原子的電子構型。電子存在於圍繞中心原子核的同心“殼層”中，碳的最外層殼層中有四個電子。由於原子最穩定的狀態是擁有八個電子，這意味著每個碳原子可以與周圍的原子形成四個鍵。
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上述分子中的每個鍵都由兩個電子共享形成；一個來自碳，一個來自氫。形成四個鍵的能力並不侷限於碳，它是每個外層有四個電子的原子的特性，包括矽、錫和鉛。碳的特別之處，以及矽基生命形式僅限於科幻小說（而鉛基生命形式幾乎從未被提及）的原因在於，它可以形成雙鍵，與另一個原子共享不止一個電子，如下所示
為什麼碳能夠做到這一點而矽不能？儘管圖中所有的鍵都畫成直線，但在現實生活中，並非所有的鍵都是相同的。雙鍵由兩種不同型別的鍵組成。每個鍵都由兩個電子軌道（每個原子一個）重疊而成。在不深入研究一些嚴肅的物理學的情況下，將軌道視為一個模糊的區域，快速移動的電子最有可能在其中飛速運動，這是最容易理解軌道的方式。當兩個軌道重疊時，您就有了兩倍的空間供兩個電子在其中飛速運動。
單鍵由兩個圓形軌道重疊幷包圍兩個原子而形成
第二個鍵的形成方式略有不同。形成這些鍵的電子不在原子核周圍的球形軌道中，而是在原子核上方和下方突出的橢圓形軌道中。當它們重疊時，鍵在第一個鍵的上方和下方形成，如圖所示
那麼，為什麼碳可以而矽不能實現這種雙鍵技巧呢？答案在於尺寸。碳是所有外層有四個電子的原子中最小的，這意味著上方和下方軌道中的電子足夠接近以重疊並形成第二個鍵。然而，對於矽來說，有更多的電子軌道阻擋了路徑，整個原子更大，外層軌道幾乎不可能足夠接近以形成雙鍵。這就是為什麼二氧化碳是一個由兩個氧原子與一個碳原子形成雙鍵的小型氣態分子，而二氧化矽是一個巨大的分子巨獸，由大量的交替的氧原子和矽原子組成，更廣為人知的名稱是沙子。
如果你努力嘗試，你幾乎可以得到矽-矽雙鍵，但它們相當不穩定，並且會抓住任何機會失去雙鍵，轉而形成另一個單鍵。另一方面，碳-碳雙鍵自然且容易形成，並且對於地球上的每個生物體都至關重要。如果存在矽基生命形式，那麼它們原子的化學性質意味著它們的構建方式必須與地球上的生命截然不同。
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