碳元素：大自然的“建筑師”

宋丹

世界上形成物質(zhì)種類最多的元素是什么？氧？硅？都不是。

地殼中含量排名最靠前的五種元素分別是氧、硅、鋁、鐵、鈣，雖然它們所占比重大，但形成的物質(zhì)種類并不多，且大多數(shù)以無機化合物的形式存在。

據(jù)統(tǒng)計，世界上的無機物有10多萬種，有機物大約有3 000萬種。大自然中的動植物、微生物、石油、天然氣等是由有機物組成的;人類身體的各個器官、每天所需的三大類營養(yǎng)物質(zhì)、戰(zhàn)勝疾病的大多數(shù)藥物都是有機物;塑料、涂料、有機玻璃等材料也是有機物。可想而知，有機物家族是多么龐大。

不論哪種有機物，其骨架都離不開一種元素——碳。所以說，世界上形成物質(zhì)種類最多的元素非碳莫屬。

碳原子彼此間的連接方式也最豐富。如果僅從單個碳原子來看，并沒有什么特別之處：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)）。在眾多的化學元素中，碳是一種既難得電子也難失電子的元素。這樣的結(jié)構(gòu)和特性，使碳原子具備了特殊的連接方式——共用電子對。

什么是共用電子對？具體而言，就是你拿一個電子，我拿一個電子，我們基于彼此的需要形成牢不可破的連接形式，共用這兩個（一對）電子。雖然其他元素也能形成共用電子對，但只有碳元素的共用電子對最奇特，形式也最多樣。

其他元素可能只跟與它們“投緣”的元素形成簡單的新物質(zhì)，而碳元素不僅能與其他元素結(jié)合，還能充分接納自己，與自己變著花樣進行連接，并復(fù)制、粘貼、無限延長：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)一兩個同時“拉著兩只手”的碳碳雙鍵，或同時“拉著三只手”的碳碳三鍵，還可以圍成大小不一的碳環(huán)，或者抱成團，形成不同支鏈的苯環(huán)，然后彼此交錯、重疊、纏繞，變幻出各種結(jié)構(gòu)。碳鏈的不同組合，搭建起了有機物家族。

人們在認識有機物的過程中逐步了解它們的特性，現(xiàn)在已經(jīng)研制出各種有機藥物和新型材料。未來，有機物家族還會不斷壯大，這些都要歸功于碳元素。（文章轉(zhuǎn)載自《科普時報》）