生命的根基：碳元素为什么是周期表中最奇怪的元素？

碳元素为什么是周期表中“最疯狂”的元素？

说起元素周期表中最特别的元素，每个人通过不同的角度都有自己的看法，比如非常具有反应性的，或致命的，甚至是罕见的。在我看来，我个人认为碳是最疯狂的元素。以钻石为例。钻石因其光辉、纯净和稀有而受到尊敬，特别是像下面这样的大钻石。

然而，人们很少认识到钻石是所有已知物质中最坚硬的。这就是为什么它们被嵌在掘进机的钻头里。唯一能划伤一颗钻石的方法是用另一颗钻石或激光，但钻石也能划伤其他坚硬的物质，如蓝宝石、红宝石和绿宝石。

比钻石的硬度更令人惊讶的是，钻石是你用肉眼可能见过或将会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刚烷，如上图所示。金刚烷本身是一种高度稳定的分子，但当它们结合在一起时，就会形成非常稳定和坚硬的钻石分子。

碳的疯狂部分是由于它的键。

在标准条件下，它最多能形成四个键，你可能会认为这限制了它的疯狂程度，但因为碳与其他碳形成非常稳定的键，每增加一个碳就会导致多样性的巨大增长。事实上，实际上有十几亿种碳基分子。注意两个碳键的化合物的多样性，以及形状的多样性。

与之相比的是类固醇前体胆固醇，它有很多碳，在生物上以不同的方式发生少量变化，导致成千上万的激素和类固醇，雌激素和睾酮就是两个例子。

更让碳变得疯狂的是，碳很容易和周期表上的大多数其他元素成交。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，却还有许多神秘的面纱尚未揭开。钻石很硬，也很漂亮，但是看到我们日常生活中碳的多样性，因为碳的化学性质和键合类型的多样性，将澄清为什么我认为碳是最疯狂的元素。

纳米技术

上图是另一种碳的同素异形体石墨烯的球棍模型，正是石墨烯的扁平结构使得铅笔可以毫不费力地在纸上滑行。随着铅笔的移动，薄层的石墨片被留下了。

这当然很有趣，但更有趣的是我们可以把碳塑造成一个球。这就是众所周知的巴克敏斯特富勒烯，也被称为'巴克球'。

它是以建筑师巴克敏斯特(Buckminster)的名字命名的，他设计了一座很多人都很熟悉的建筑，尽管它的外部格子结构与富勒烯并不完全相同，那就是艾波卡特中心。

我们可以用另一种想象力想象一下，如果我们拿一块石墨板，把它卷起来，把两端缝合在一起。这种最终产物被称为碳纳米管。

当你在一个表面涂上一层纳米管时，一种被称为Vantablack的材料就可以被制造出来，它可以吸收几乎所有落在它上面的光，并创造出一个剪影的材料形式，如果你愿意，甚至可以创造出一个三维的阴影。

尽管它们可能不被认为是“纳米技术”，塑料是由碳化合物制成的。聚合是指把含有碳的分子连接成长链，称为聚合物。例如，乙烯被一种催化剂聚合成我们日常使用的塑料。下面的动图总结了这一过程，但是很少使用硫酸。

证明碳的多功能性的是它可以使一种化合物作为催化剂，碳与氧、硫、磷或氮等生物化学元素结合，而是与钛原子结合形成有机金属化合物。然后乙烯与钛结合乙烯通过键相乘。(注意钛-碳键(Ti-C)，或(Ti- ch2 -)。)

碳在自然界中

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-碳键是生命的基本结构(连无脊椎动物也如此)，存在于糖、淀粉、氨基酸、因此蛋白质和酶中。它也是“生命密码”、RNA、DNA及其核酸的基本结构。

另一个疯狂的碳的特征出现在生命形式，它被称为手性，虽然发现手性化合物的其他元素的例子是生命系统中最普遍。让前面的例子显得苍白的不是手性的内在可能性，而是在生命系统中对一种特定形式的几乎一致选择!

手性

当碳与四个不同的原子或基团结合时，它就不再具有镜像对称面。没有镜像对称面的分子称为手性分子。这意味着它们存在一个不同的分子，这是它的镜像。就像你的左手是你的右手，镜像是你的右手。

虽然你的左手和右手的细胞类型相同，手指数量相同，但你不能完全重叠它们，这一点暴露出它们实际上是不同的。这就是为什么手性化合物被描述为具有不可重叠图像的化合物。

虽然每种“手”的统计概率似乎都是50/50，但在地球上，生物系统压倒性地选择了一只手。例如，自然界主要产生d -糖、l -氨基酸和d -核酸。

因此，DNA螺旋只向一个方向转动，当统计上没有任何外界干扰时，这两个方向都应该是可能的:

这也会影响身体的蛋白质和酶，它们与d -糖或l -氨基酸的反应比d -糖或l -氨基酸的反应高很多个数量级，几乎100%地排除了另一只“手”。

一种酶的反应位点本质上是一种受体，就像我们鼻子里的嗅觉受体一样。揭示我们身体系统的利手性，以及它对特定的左手或右手分子的选择是香芹酮的例子，它可以从每只手的两种纯形式中分离出来。每只香芹酮都有一种独特的气味，一种是留兰香，另一种是黑甘草香。柠檬烯分子的手也产生了柠檬和橙子气味之间不太明显的差异。

结论

老实说，我只是触及了碳元素疯狂的表面，但这个答案应该为我的论点提供了一个很好的论据。碳不仅是所有生命的支柱，也是现代和未来技术的支柱。它被添加到铁形成更强的钢铁，它与硅形成碳化硅混合用于刹车片(只有四个位置从钻石的硬度)，沥青用于铺路，它存在于混凝土和塑料，用于净化系统，用作核反应堆控制棒，仍是大部分的能源供应我们使用权力世界和粮食。

生活在多大程度上依赖于碳，无论是外在的还是内在的，这是一种疯狂。