为什么碳是元素周期表中"最疯狂"的元素?
当涉及到元素周期表中最特殊的元素时,每个人都会从不同的角度发表自己的观点,比如非常被动,或者致命,甚至罕见。在我看来,我个人认为碳是最疯狂的元素。以钻石为例。钻石因其闪烁度、纯度和稀有性而受到尊敬,尤其是像下面这样的大钻石。

然而,很少有人认识到钻石是所有已知物质中最坚硬的。这就是为什么它们嵌入挖掘机的钻头中的原因。划伤钻石的唯一方法是使用另一颗钻石或激光,但钻石也可以划伤其他坚硬物质,如蓝宝石、红宝石和祖母绿。
比钻石的硬度更令人惊讶的是,它是您可能或将用肉眼看到的唯一分子之一。是的,钻石是分子。
钻石的重复结构是金安,如上图所示。烷烃本身是一种高度稳定的分子,但是当它们结合时,它们会形成非常稳定和坚硬的金刚石分子。
Carbon的疯狂部分归功于它的关键。
在标准条件下,它可以形成多达四个键,你可能会认为这限制了它的疯狂,但是因为碳与其他碳形成非常稳定的键,所以每增加一个碳会导致多样性的巨大增加。事实上,实际上有超过十亿个碳基分子。注意两种碳键化合物的多样性,以及形状的多样性。
相比之下,含有大量碳的类固醇前体胆固醇以不同的方式在生物学上以少量变化,导致成千上万的激素和类固醇,如雌激素和睾丸激素所免除。
关于碳更疯狂的是,它很容易与元素周期表上的大多数其他元素进行交易。例如,它与氯,氧,氮结合,但也与铁,铅,锌,甚至钯,铂和金结合,形成有机金属化合物。
但这只是冰山一角,还有很多谜团有待解开。钻石坚硬而美丽,但由于碳的化学性质和粘合类型的多样性,看到我们日常生活中碳的多样性,将澄清为什么我认为碳是最疯狂的元素。
纳米技术
上图是另一种碳同构石墨烯的棍状模型,这种扁平结构使铅笔很容易在纸上滑动。随着铅笔的移动,薄薄的石墨层被留下了。
当然,这很有趣,但更有趣的是,我们可以把碳变成一个球。这被称为Buckminster Fullerene,也被称为Buck Ball。
它以建筑师巴克明斯特的名字命名,他设计了一座许多人都熟悉的建筑,尽管它的外部网格结构与富勒烯的阿波卡特中心并不完全相同。
我们可以用另一种想象力想象,如果我们拿一块石墨板,把它卷起来,把两端缝合在一起。这种最终产物称为碳纳米管。
当您将纳米管应用于表面时,可以制造出一种称为Vantablack的材料,吸收几乎所有落在其上的光线,并创建材料形式的轮廓,甚至是三维阴影,如果您愿意的话。
虽然它们可能不被认为是"纳米技术",但塑料是由碳化合物制成的。聚合是指含碳分子与称为聚合物的生长链的连接。例如,乙烯通过催化剂聚合成我们每天使用的塑料。下面的动作图总结了这个过程,但很少使用硫酸。
碳的多功能性通过以下事实来证明:它使化合物能够用作催化剂,将碳与氧,硫,磷或氮等生化元素结合,但与钛原子结合以形成有机金属化合物。然后将乙烯和钛乘以键。(注意钛碳键(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-碳键是生命(甚至是无脊椎动物)的基本结构,存在于糖、淀粉、氨基酸中,因此也存在于蛋白质和酶中。它也是"生命密码"、RNA、DNA及其核酸的基本结构。
另一个疯狂的碳特征出现在生命形式中,称为手,尽管在手部化合物中发现的其他元素的例子在生命系统中最为常见。使前面的例子变得苍白的不是手交的固有可能性,而是生命系统中几乎一致选择的特定形式!
手性
当碳与四个不同的原子或基团结合时,它不再具有镜像对称性。不反映对称面的分子称为手分子。这意味着它们具有不同的分子,这是它的镜像。就像你的左手是你的右手一样,镜像是你的右手。
尽管左手和右手单元格具有相同的细胞类型和相同的手指数量,但您无法完全重叠它们,这表明它们实际上是不同的。这就是为什么手工化合物被描述为具有非重叠图像的化合物。
虽然每只"手"的统计概率似乎是50/50,但在地球上,生物系统绝大多数选择一只手。例如,自然界主要产生d-糖,l-氨基酸和d-核酸。
因此,DNA螺旋仅沿一个方向旋转,这在统计上没有外部干扰时应该是可能的:
这也会影响人体的蛋白质和酶,它们与d-糖或l-氨基酸的反应比d-糖或l-氨基酸高出许多数量级,几乎100%排除另一只"手"。
酶的反应位点本质上是一个受体,就像我们鼻子里的嗅觉受体一样。揭示我们身体系统的手三十六性质及其对特定左手或右手分子的选择是欧芹酮的一个例子,欧芹酮可以从每只手的两种纯形式中分离出来。每种欧芹酮都有独特的气味,一种是兰花,另一种是黑甘草。柠檬烯分子的手在柠檬和橙子的气味之间也产生了不太明显的差异。
结论
老实说,我刚刚触及了碳的疯狂表面,但这个答案应该为我的论点提供一个很好的论据。碳不仅是所有生命的支柱,也是现代和未来技术的支柱。它被添加到铁中以形成更坚固的钢,它与成硅碳化硅混合用于刹车片(仅从金刚石的硬度中取出四个位置),沥青用于铺路,它存在于混凝土和塑料中,用于净化系统,用作核反应堆控制棒,并且仍然是我们用于电力世界和食品的大部分能源供应。
生命在多大程度上依赖于碳,无论是外部还是内部,都是疯狂的。