Почему атом углерода образует три ковалентные связи в молекуле СО??

Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N2. Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу) , то и свойства их также схожи — очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п.

Согласно методу молекулярных орбиталей электронная конфигурация невозбуждённой молекулы CO σ²Oσ²zπ4x, yσ²C. Тройная связь образована σ-связью, образованной за счёт σz электронной пары, а электроны дважды вырожденного уровня πx, y соответствуют двум σ-связям. Электроны на несвязывающих σC-орбитали и σO-орбитали соответствуют двум электронным парам, одна из которых локализована у атома углерода, другая — у атома кислорода.
Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (dC≡O=0,1128 нм или 1,13Å).

Когда углерод, водород и азот вступают в такие связи, в результате возникают молекулы, составляющие основу и структуру самой жизни, - аминокислоты, которые образуют белки. Нуклеотиды, участвующие в построении ДНК, - это тоже молекулы, созданные из углерода, водорода, кислорода и азота. Иными словами, ковалентные связи, в которые может вступать атом углерода, оказываются жизненно важными. Если бы углерод, водород, азот и кислород не стремились с такой готовностью делиться электронами друг с другом, жизнь была бы невозможна.
Вода и метан:
два примера ковалентных связей. В молекуле воды (вверху) соединены ковалентной связью два атома водорода и один атом кислорода. В молекуле метана (внизу) четыре атома водорода образуют ковалентную связь с одним атомом углерода

Столь важную для существования жизни способность углерода вступать в такие связи химики называют "метастабильностью". Биохимик Дж. В. С. Халдейн определяет метастабильность следующим образом:
метастабильная молекула - это молекула, которая высвобождает энергию путем трансформации, но она достаточно стабильна, чтобы существовать длительное время, если не будет активирована при помощи тепла, излучения или соединения с каким-либо катализатором. 90

Из этого довольно технического определения следует, что углерод обладает уникальной структурой, благодаря которой при нормальных условиях он с большой легкостью устанавливает ковалентные связи.

Но именно здесь положение дел становится особенно любопытным, поскольку углерод метастабилен только в очень узком диапазоне температур. При температуре выше 100оС соединения углерода становятся нестабильными. Это настолько хорошо известный факт, что многие его даже не замечают.

Например, когда мы жарим мясо, мы изменяем структуру его углеродных соединений. Приготовленное мясо становится абсолютно "мертвым", т. е. его химическая структура отлична от той, какая у него была, когда оно было частью живого организма.

В самом деле, большинство соединений углерода теряют свойства живой материи при температуре свыше 100oС: распадается большинство витаминов, сахара претерпевают структурные изменения и, теряют питательные свойства. При температуре 150oС углеродные соединения начинают гореть.

Иными словами, для того, чтобы соединения углерода оставались неизменными, окружающая температура не должна превышать 100oС. Нижний предел - 0oС, если температура упадет намного ниже 0oС, органическая биохимия станет невозможной.

Физики законы