碳元素是非常神奇的元素，擁有的化合物種類是所有元素中最豐富的。
世界上的絕大多數重要化合物，都離不開碳元素的身影，比如胺基酸就是以碳元素為基礎的碳鏈，DNA的組成單位脫氧核苷酸，也是長長的碳鏈，所有地球生命都可以叫做碳基生命。
碳的原子序數為6，但是擁有的同位素多達十五種（碳8~碳22），碳的同素異形體也是非常多，比如石墨、金剛石、碳-60、碳-70、纖維碳等等，圍繞碳元素研究頒發的諾貝爾化學獎，就有近十次。
之所以碳元素會形成這麼豐富的化合物種類，是因為碳元素擁有特殊的原子結構，原子的核外電子數與原子核質子數相等，核外電子數是分層的，從內向外電子層數n對應最多電子數為2n^2，但是最外層不超過8，次外層不超過18。
最外層電子數小於4的，容易失去電子，最外層電子數大於4的，容易得到電子；而最外層電子數等於4的，失去電子和得到電子的能力相當。
得到電子或者失去電子，就如同一隻手，那麼碳元素就相當於有四隻手，每一隻手都可以抓住一個其他原子，甚至可以和其他碳原子手拉手，碳元素就像一個交際花，可以吸引各種不同的原子來和它結合。
有人可能有疑問了，最外層電子數是4的，又不只是碳元素一種，比如矽元素、鍺元素和錫元素，最外層也是4個電子，憑什麼碳元素的化合物是最豐富的？
那是因為在原子中，隨著原子序數的增加，電子層數也越來越多，原子半徑越來越大，原子核對最外層電子的吸引能力減弱，雖然鍺和錫最外層電子數都是4，但是非常容易失去電子，不容易獲得電子，所以表現出金屬性。
而矽元素既表現出非金屬性，也表現出金屬性，所以成為最重要的半導體材料，矽元素對最外層電子的控制能力，也沒有碳元素強。
所以在整個化學周期表中，碳元素成為最知名的交際花，和其他元素形成的化合物種類幾乎是無限的，人類已經發現碳的化合物，就高達幾百萬種。
生命的演化，需要儘可能多的機會，而碳元素為生命提供了無窮無盡的可能；而且在恆星演化過程中，碳元素是氦元素發生聚變的產物，廣泛存在於宇宙之中，所以碳元素成為了生命的基礎元素。
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