碳元素，大自然的“建筑师”

“大自然是由碳建起来的？”

“骗人的吧，除了煤炭等少数物质以外，哪里能够看得到碳的影子呀？”

“真的没骗你，大自然的建筑师，就是碳！”

让我们一起从化学的角度来认识碳元素吧。

首先，你知道这个世界上形成物质种类最多的元素是哪种，氧？硅？都不是，地壳中含量排名最靠前的五种元素——氧、硅、铝、铁、钙，虽然含量很多，但它们形成的物质种类并不多，大多数以无机化合物形式存在。

据统计，世界上的无机物大约有10多万种。与无机物相比，有机物的种类就多了，大约有3000万种。大自然中的各种动植物、微生物、石油、天然气就是由有机物组成的；我们身体的各个器官、每天所需的三大类营养物质、战胜疾病的大多数药物都是有机物；我们身边的一些材料，如各种塑料、涂料、有机玻璃也是有机物。可想而知，有机物家族该有多么庞大，不论哪种有机物的骨架都离不开一种元素——碳。所以，世界上形成物质种类最多的元素，当然就非碳元素莫属了，进而说大自然是由碳元素构成的，也就一点儿都不为过了。

其次，碳原子彼此间的链接方式也是最丰富多彩的。如果仅从单个碳原子来看，并没有什么特别之处，甚至都算不上优秀，既不特别活泼（容易发生反应），也不特别懒惰（完全不反应），在众多的化学元素中，它是一个既难得电子也是难失电子的元素。但偏偏就是这样的原子结构和得失电子特性，使碳原子具备了别的元素无法比拟的链接方式——共用电子对。

什么是共用电子对，具体而言，就是你拿一个电子，我拿一个电子，我们一起共用这两个（一对）电子，于是基于彼此的需要而形成了牢不可破的连接形式。打个比方，就是两个合作伙伴儿，彼此诚心相待，真诚地提供自己的所有，互惠共赢，各取所需，于是建立起牢不可破的友谊链接。可见，碳元素身上不轻易割舍的优秀品质，是能成为合作伙伴的不二选择。

你可能会说，其他元素也能形成共用电子对。但是只有碳元素的共用电子对，最为奇特，形式也最为多样。其他元素可能只能与跟它们投缘的元素形成简单的新物质，而碳元素却不仅可以与其他元素结合，还能充分接纳自己，与自己变着花样进行连接并复制粘贴无限延长：它们可以一只手拉一只手形成碳碳单键，也可以在单键的碳链中出现一两个同时拉起两只手的碳碳双键，或着同时拉起三只手的碳碳三键，还可以围成圈形成大小不一的碳环，或者抱成团形成不同的苯环，然后彼此交错重叠螺旋缠绕，翻出各种难以想象的花样。可以说，通过碳链的不同组合，搭建起有机物这个庞大又丰富多彩的家族。

人们通过对有机物这个大家族的认识，逐步了解了它们的特性，现在已经可以研制出各种有机药物、创造出各种新型材料了，未来有机物家族的成员还在不断壮大，这些都要归功于坚贞的碳元素。

（作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员）