基础:碳、化学键与轨道

碳是元素周期表上的第六号元素,和铅笔里的石墨、戒指上的钻石、烛焰中的炭烟是同一种东西。它也是你的骨架:你体重的约五分之一是碳。在百余种化学元素中,单单这种平凡的原子撑起了整整一门化学分支,值得问一句为什么。

一个碳原子有六个电子,其中四个在最外层。由于它正处在所在周期的正中央,它既不轻易把这四个电子让出去,也不轻易再抓四个进来;它选择共享,形成四个共价键。「四」是个神奇的数字。碳能同时与至多四个邻居成键,而且关键在于它能与其他碳原子牢固相连,于是可以搭出几乎任意长度的链、支链和环,还能形成双键和三键。结果就是无与伦比的多变:已知含碳化合物的数量,比其余所有元素加起来还多。

这就是为什么是碳——而不是硅或别的元素——成了生命与有机化学的基石。硅恰好位于碳的正下方,也能成四个键,但它与自身的键更弱、其化合物在水和空气中远没那么稳定,所以硅基生命仍停留在科幻里。一旦你理解了碳「四键、搭链」的习性,有机化学里几乎其余的一切都顺理成章。

在甲烷 CH4 中,一个碳与四个氢各共享一对电子,用尽了它全部四个键。在乙烷 CH3-CH3 中,一个碳用一个键去连接另一个碳——这正是成链(catenation)的第一步。

碳的四个键,分给氢、也分给别的碳——每一个有机分子的种子。

碳的四个键是外层电子的习性,而非电荷:中性碳几乎总是恰好四个键、没有孤对电子。带三个键又带电的碳(碳正离子、碳负离子)是活泼的例外,而非常态。

又称
element C碳元素碳元素