百科 | 碳元素：大自然的「建築師」

「大自然是由碳建起來的？」

「騙人的吧，除了煤炭等少數物質以外，哪裡能夠看得到碳的影子呀？」

「真的沒騙你，大自然的建築師，就是碳！」讓我們一起從化學的角度來認識碳元素吧。

首先，你知道這個世界上形成物質種類最多的元素是哪種，氧？矽？都不是，地殼中含量排名最靠前的五種元素——氧、矽、鋁、鐵、鈣，雖然含量很多，但它們形成的物質種類並不多，大多數以無機化合物形式存在。

據統計，世界上的無機物大約有10多萬種。與無機物相比，有機物的種類就多了，大約有3000萬種。大自然中的各種動植物、微生物、石油、天然氣就是由有機物組成的；我們身體的各個器官、每天所需的三大類營養物質、戰勝疾病的大多數藥物都是有機物；我們身邊的一些材料，如各種塑料、塗料、有機玻璃也是有機物。

可想而知，有機物家族該有多麼龐大，不論哪種有機物的骨架都離不開一種元素——碳。所以，世界上形成物質種類最多的元素，當然就非碳元素莫屬了，進而說大自然是由碳元素構成的，也就一點兒都不為過了。

其次，碳原子彼此間的連結方式也是最豐富多彩的。如果僅從單個碳原子來看，並沒有什麼特別之處，甚至都算不上優秀，既不特別活潑（容易發生反應），也不特別懶惰（完全不反應），在眾多的化學元素中，它是一個既難得電子也是難失電子的元素。但偏偏就是這樣的原子結構和得失電子特性，使碳原子具備了別的元素無法比擬的連結方式——共用電子對。

什麼是共用電子對，具體而言，就是你拿一個電子，我拿一個電子，我們一起共用這兩個（一對）電子，於是基於彼此的需要而形成了牢不可破的連接形式。打個比方，就是兩個合作夥伴兒，彼此誠心相待，真誠地提供自己的所有，互惠共贏，各取所需，於是建立起牢不可破的友誼連結。可見，碳元素身上不輕易割捨的優秀品質，是能成為合作夥伴的不二選擇。

你可能會說，其他元素也能形成共用電子對。但是只有碳元素的共用電子對，最為奇特，形式也最為多樣。其他元素可能只能與跟它們投緣的元素形成簡單的新物質，而碳元素卻不僅可以與其他元素結合，還能充分接納自己，與自己變著花樣進行連接並複製粘貼無限延長：它們可以一隻手拉一隻手形成碳碳單鍵，也可以在單鍵的碳鏈中出現一兩個同時拉起兩隻手的碳碳雙鍵，或著同時拉起三隻手的碳碳三鍵，還可以圍成圈形成大小不一的碳環，或者抱成團形成不同的苯環，然後彼此交錯重疊螺旋纏繞，翻出各種難以想像的花樣。可以說，通過碳鏈的不同組合，搭建起有機物這個龐大又豐富多彩的家族。

人們通過對有機物這個大家族的認識，逐步了解了它們的特性，現在已經可以研製出各種有機藥物、創造出各種新型材料了，未來有機物家族的成員還在不斷壯大，這些都要歸功于堅貞的碳元素。

作者系武漢市第二十中學化學教師、武漢市科學家科普團成員

來源：科普時報

作者：宋丹

編輯：吳桐

終審：尹宏群

圖片來源於網絡

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