為什麼碳是元素周期表中"最瘋狂"的元素?
當涉及到元素周期表中最特殊的元素時,每個人都會從不同的角度發表自己的觀點,比如非常被動,或者緻命,甚至罕見。在我看來,我個人認為碳是最瘋狂的元素。以鑽石為例。鑽石因其閃爍度、純度和稀有性而受到尊敬,尤其是像下面這樣的大鑽石。

然而,很少有人認識到鑽石是所有已知物質中最堅硬的。這就是為什麼它們嵌入挖掘機的鑽頭中的原因。劃傷鑽石的唯一方法是使用另一顆鑽石或雷射,但鑽石也可以劃傷其他堅硬物質,如藍寶石、紅寶石和祖母綠。
比鑽石的硬度更令人驚訝的是,它是您可能或将用肉眼看到的唯一分子之一。是的,鑽石是分子。
鑽石的重複結構是金安,如上圖所示。烷烴本身是一種高度穩定的分子,但是當它們結合時,它們會形成非常穩定和堅硬的金剛石分子。
Carbon的瘋狂部分歸功于它的關鍵。
在标準條件下,它可以形成多達四個鍵,你可能會認為這限制了它的瘋狂,但是因為碳與其他碳形成非常穩定的鍵,是以每增加一個碳會導緻多樣性的巨大增加。事實上,實際上有超過十億個碳基分子。注意兩種碳鍵化合物的多樣性,以及形狀的多樣性。
相比之下,含有大量碳的類固醇前體膽固醇以不同的方式在生物學上以少量變化,導緻成千上萬的激素和類固醇,如雌激素和睾丸激素所免除。
關于碳更瘋狂的是,它很容易與元素周期表上的大多數其他元素進行交易。例如,它與氯,氧,氮結合,但也與鐵,鉛,鋅,甚至钯,鉑和金結合,形成有機金屬化合物。
但這隻是冰山一角,還有很多謎團有待解開。鑽石堅硬而美麗,但由于碳的化學性質和粘合類型的多樣性,看到我們日常生活中碳的多樣性,将澄清為什麼我認為碳是最瘋狂的元素。
納米技術
上圖是另一種碳同構石墨烯的棍狀模型,這種扁平結構使鉛筆很容易在紙上滑動。随着鉛筆的移動,薄薄的石墨層被留下了。
當然,這很有趣,但更有趣的是,我們可以把碳變成一個球。這被稱為Buckminster Fullerene,也被稱為Buck Ball。
它以建築師巴克明斯特的名字命名,他設計了一座許多人都熟悉的建築,盡管它的外部網格結構與富勒烯的阿波卡特中心并不完全相同。
我們可以用另一種想象力想象,如果我們拿一塊石墨闆,把它卷起來,把兩端縫合在一起。這種最終産物稱為碳納米管。
當您将納米管應用于表面時,可以制造出一種稱為Vantablack的材料,吸收幾乎所有落在其上的光線,并建立材料形式的輪廓,甚至是三維陰影,如果您願意的話。
雖然它們可能不被認為是"納米技術",但塑膠是由碳化合物制成的。聚合是指含碳分子與稱為聚合物的生長鍊的連接配接。例如,乙烯通過催化劑聚合成我們每天使用的塑膠。下面的動作圖總結了這個過程,但很少使用硫酸。
碳的多功能性通過以下事實來證明:它使化合物能夠用作催化劑,将碳與氧,硫,磷或氮等生化元素結合,但與钛原子結合以形成有機金屬化合物。然後将乙烯和钛乘以鍵。(注意钛碳鍵(Ti-C)或(Ti-ch2 -) 。
碳是自然界的
所有的生命都是碳基的,即使你生活在岩石下,你也是碳基的!碳-碳鍵是生命(甚至是無脊椎動物)的基本結構,存在于糖、澱粉、氨基酸中,是以也存在于蛋白質和酶中。它也是"生命密碼"、RNA、DNA及其核酸的基本結構。
另一個瘋狂的碳特征出現在生命形式中,稱為手,盡管在手部化合物中發現的其他元素的例子在生命系統中最為常見。使前面的例子變得蒼白的不是手交的固有可能性,而是生命系統中幾乎一緻選擇的特定形式!
手性
當碳與四個不同的原子或基團結合時,它不再具有鏡像對稱性。不反映對稱面的分子稱為手分子。這意味着它們具有不同的分子,這是它的鏡像。就像你的左手是你的右手一樣,鏡像是你的右手。
盡管左手和右手單元格具有相同的細胞類型和相同的手指數量,但您無法完全重疊它們,這表明它們實際上是不同的。這就是為什麼手工化合物被描述為具有非重疊圖像的化合物。
雖然每隻"手"的統計機率似乎是50/50,但在地球上,生物系統絕大多數選擇一隻手。例如,自然界主要産生d-糖,l-氨基酸和d-核酸。
是以,DNA螺旋僅沿一個方向旋轉,這在統計上沒有外部幹擾時應該是可能的:
這也會影響人體的蛋白質和酶,它們與d-糖或l-氨基酸的反應比d-糖或l-氨基酸高出許多數量級,幾乎100%排除另一隻"手"。
酶的反應位點本質上是一個受體,就像我們鼻子裡的嗅覺受體一樣。揭示我們身體系統的手三十六性質及其對特定左手或右手分子的選擇是歐芹酮的一個例子,歐芹酮可以從每隻手的兩種純形式中分離出來。每種歐芹酮都有獨特的氣味,一種是蘭花,另一種是黑甘草。檸檬烯分子的手在檸檬和橙子的氣味之間也産生了不太明顯的差異。
結論
老實說,我剛剛觸及了碳的瘋狂表面,但這個答案應該為我的論點提供一個很好的論據。碳不僅是所有生命的支柱,也是現代和未來技術的支柱。它被添加到鐵中以形成更堅固的鋼,它與成矽碳化矽混合用于刹車片(僅從金剛石的硬度中取出四個位置),瀝青用于鋪路,它存在于混凝土和塑膠中,用于淨化系統,用作核反應堆控制棒,并且仍然是我們用于電力世界和食品的大部分能源供應。
生命在多大程度上依賴于碳,無論是外部還是内部,都是瘋狂的。