第1章 初识碳家族—生命之源

碳与生命起源

地球上的一切物质都是由元素构成的。在元素周期表的118种元素中，构成生命体的主要元素共有6种（碳、氢、氧、氮、磷、硫）。其中，碳是糖、蛋白质、脂肪和核酸的主要成分，是地球上所有生命形式的物质基础，参与了动植物的一切生命活动。

碳是什么

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期第IV主族，英文为Carbon，来自拉丁语Carbonium，意为“煤、木炭”。从化学元素的角度看，碳的基本定义如图1-1所示。碳原子的结构如图1-2所示。

图1-1 碳的基本定义

图1-2 碳原子的结构

关于碳的几个事实

人类文明的基础——经济、家园、交通工具等都建立在含碳化合物之上。人类日常生活中不可缺少的物质，从煤气、汽油、香水到塑料、衣服等，均以含碳化合物为主。同时，碳在地球上的循环过程也与动植物的生命过程相关。大气中的二氧化碳被植物吸收，植物通过光合作用将二氧化碳转化为含碳有机物，含碳有机物通过食物链被动物吸收利用，最后以二氧化碳的形式释放，进入下一个循环（见图 1-3）。

图1-3 自然界的碳循环

关于碳的小常识还有很多，下面列出其中的一些。

• 碳是在宇宙诞生之初产生的，在宇宙中的含量位居第四，仅次于氢、氦和氧。

• 碳在地壳中的含量非常高，约为0.027%。地壳中比碳含量高的元素有氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等。地球中的碳存储在岩石、海洋、大气、植物、土壤和化石燃料中。

• 碳可与自身或其他化学元素结合，形成上千万种化合物。与其他元素相比，碳更容易形成化合物，因而被称为“元素之王”。

• 碳是有机化学的基础元素，随着合成技术的发展，最大相对分子质量的有机化合物已经从几十万发展到几百万，甚至上千万。