基础:碳、化学键与轨道

成链

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想象把乐高积木一块接一块地拼起来:一块连下一块,再连下一块,你可以一直拼下去,拼成任意形状的链或环。成链就是原子层面的这种本领——一种元素能一次又一次地与自身的更多原子成键,连成链和环。碳是当之无愧的成链冠军,正是这一项本领,让有机化学拥有千百万种化合物,而不是一份简短整齐的清单。

这个词源自拉丁文 catena(链)。具体来说,它意味着一个碳可以与一、二、三或四个别的碳成键,而每一个又能再连更多,于是分子毫无天然的终点地不断生长。一条链可以只有两个碳(乙烷),也可以有上千个(聚乙烯塑料);它可以分支,可以闭合成环(如环己烷),途中还可以带双键和三键。每个碳仍然遵守它的四键规则;成链不过是说,它可以把这些键花在同类身上。

成链之所以重要,是因为它是有机化学多样性的源头。同样的原子按不同顺序串起来,就给出截然不同的物质,这正是构造异构体存在的原因,也是生命能把信息编码在长长的碳基高分子里的原因。碳之所以如此擅长成链,是因为碳-碳键牢固、所成分子又能抵抗空气和水的侵袭;别的元素也能稍微成链(硫、硅),但相比之下它们的链又短又脆——这恰恰说明了为什么不是它们的名字命名了一门化学分支。

汽油里的八碳链辛烷(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3)和环己烷的环都体现了成链;聚乙烯则把它推到极致,把数万个碳连成一个塑料分子。

直链、环和巨型高分子——都是同一个把戏:碳与碳成键。

成链是元素的性质,而不是你去做的某个反应。碳在这方面的霸主地位是程度之别,而非种类之别:别的元素也成链,只是相比之下它们的链又短又不稳定。

又称
carbon chaining链化鏈化