碳元素，大自然的“建筑師”

“大自然是由碳建起來(lái)的？”

“騙人的吧，除了煤炭等少數(shù)物質(zhì)以外，哪里能夠看得到碳的影子呀？”

“真的沒騙你，大自然的建筑師，就是碳！”

讓我們一起從化學(xué)的角度來(lái)認(rèn)識(shí)碳元素吧。

首先，你知道這個(gè)世界上形成物質(zhì)種類最多的元素是哪種，氧？硅？都不是，地殼中含量排名最靠前的五種元素——氧、硅、鋁、鐵、鈣，雖然含量很多，但它們形成的物質(zhì)種類并不多，大多數(shù)以無(wú)機(jī)化合物形式存在。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上的無(wú)機(jī)物大約有10多萬(wàn)種。與無(wú)機(jī)物相比，有機(jī)物的種類就多了，大約有3000萬(wàn)種。大自然中的各種動(dòng)植物、微生物、石油、天然氣就是由有機(jī)物組成的；我們身體的各個(gè)器官、每天所需的三大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、戰(zhàn)勝疾病的大多數(shù)藥物都是有機(jī)物；我們身邊的一些材料，如各種塑料、涂料、有機(jī)玻璃也是有機(jī)物?？上攵?，有機(jī)物家族該有多么龐大，不論哪種有機(jī)物的骨架都離不開一種元素——碳。所以，世界上形成物質(zhì)種類最多的元素，當(dāng)然就非碳元素莫屬了，進(jìn)而說大自然是由碳元素構(gòu)成的，也就一點(diǎn)兒都不為過了。

其次，碳原子彼此間的鏈接方式也是最豐富多彩的。如果僅從單個(gè)碳原子來(lái)看，并沒有什么特別之處，甚至都算不上優(yōu)秀，既不特別活潑（容易發(fā)生反應(yīng)），也不特別懶惰（完全不反應(yīng)），在眾多的化學(xué)元素中，它是一個(gè)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(jié)構(gòu)和得失電子特性，使碳原子具備了別的元素?zé)o法比擬的鏈接方式——共用電子對(duì)。

什么是共用電子對(duì)，具體而言，就是你拿一個(gè)電子，我拿一個(gè)電子，我們一起共用這兩個(gè)（一對(duì)）電子，于是基于彼此的需要而形成了牢不可破的連接形式。打個(gè)比方，就是兩個(gè)合作伙伴兒，彼此誠(chéng)心相待，真誠(chéng)地提供自己的所有，互惠共贏，各取所需，于是建立起牢不可破的友誼鏈接。可見，碳元素身上不輕易割舍的優(yōu)秀品質(zhì)，是能成為合作伙伴的不二選擇。

你可能會(huì)說，其他元素也能形成共用電子對(duì)。但是只有碳元素的共用電子對(duì)，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(jiǎn)單的新物質(zhì)，而碳元素卻不僅可以與其他元素結(jié)合，還能充分接納自己，與自己變著花樣進(jìn)行連接并復(fù)制粘貼無(wú)限延長(zhǎng)：它們可以一只手拉一只手形成碳碳單鍵，也可以在單鍵的碳鏈中出現(xiàn)一兩個(gè)同時(shí)拉起兩只手的碳碳雙鍵，或著同時(shí)拉起三只手的碳碳三鍵，還可以圍成圈形成大小不一的碳環(huán)，或者抱成團(tuán)形成不同的苯環(huán)，然后彼此交錯(cuò)重疊螺旋纏繞，翻出各種難以想象的花樣。可以說，通過碳鏈的不同組合，搭建起有機(jī)物這個(gè)龐大又豐富多彩的家族。

人們通過對(duì)有機(jī)物這個(gè)大家族的認(rèn)識(shí)，逐步了解了它們的特性，現(xiàn)在已經(jīng)可以研制出各種有機(jī)藥物、創(chuàng)造出各種新型材料了，未來(lái)有機(jī)物家族的成員還在不斷壯大，這些都要?dú)w功于堅(jiān)貞的碳元素。

（作者系武漢市第二十中學(xué)化學(xué)教師、武漢市科學(xué)家科普?qǐng)F(tuán)成員）