碳元素：大自然的“建筑师”

■宋 丹

世界上形成物质种类最多的元素是什么？氧？硅？都不是。

地壳中含量排名最靠前的五种元素分别是氧、硅、铝、铁、钙，虽然它们所占比重大，但形成的物质种类并不多，且大多数以无机化合物的形式存在。

据统计，世界上的无机物有10 多万种，有机物大约有3 000 万种。大自然中的动植物、微生物、石油、天然气等是由有机物组成的；人类身体的各个器官、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；塑料、涂料、有机玻璃等材料也是有机物。可想而知，有机物家族是多么庞大。

不论哪种有机物，其骨架都离不开一种元素——碳。所以说，世界上形成物质种类最多的元素非碳莫属。

碳原子彼此间的连接方式也最丰富。如果仅从单个碳原子来看，并没有什么特别之处：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，碳是一种既难得电子也难失电子的元素。这样的结构和特性，使碳原子具备了特殊的连接方式——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，我们基于彼此的需要形成牢不可破的连接形式，共用这两个（一对）电子。虽然其他元素也能形成共用电子对，但只有碳元素的共用电子对最奇特，形式也最多样。

其他元素可能只跟与它们“投缘”的元素形成简单的新物质，而碳元素不仅能与其他元素结合，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“拉着两只手”的碳碳双键，或同时“拉着三只手”的碳碳三键，还可以围成大小不一的碳环，或者抱成团，形成不同支链的苯环，然后彼此交错、重叠、缠绕，变幻出各种结构。碳链的不同组合，搭建起了有机物家族。

人们在认识有机物的过程中逐步了解它们的特性，现在已经研制出各种有机药物和新型材料。未来，有机物家族还会不断壮大，这些都要归功于碳元素。