不怕火燒能切西瓜的錄取通知書，可以說跟人差不多

    2024-09-12 10:37:04

最近開學季，不知道我們粉絲里有沒有北京化工大學的新生，我對你們今年收到的這個錄取通知書很好奇，怎么能切肉切西瓜，火烤掰彎都沒事的。

北化說他們用的這“黑科技”叫碳纖維，碳纖維是我認識的那個碳“做的東西”嗎？

二氧化碳，從哪兒呼出來？

大家都知道，人的呼吸就是吸入氧氣、呼出二氧化碳。那么，呼出來的二氧化碳“廢氣”，是從哪兒來的呢？

二氧化碳CO2，是碳元素C的一種氧化物。人體內(nèi)的碳元素約占體重的18%，比例僅次于氧元素。組成人體的幾類有機物——蛋白質(zhì)、脂肪、核酸和多糖，都含有碳。人體新陳代謝時，不斷有新的有機物形成、舊的有機物分解；作為分解產(chǎn)物之一的二氧化碳，便隨呼吸排出體外。

對人和動物來說，呼出來的二氧化碳就沒用了，濃度太高還會中毒。而絕大部分綠色植物和藻類，除了呼吸還有“光合作用”這個大招，能捕獲空氣中的二氧化碳，用體內(nèi)的葉綠體把二氧化碳和水轉(zhuǎn)換成有機物，并釋放出氧氣。

依靠葉片中的葉綠體，綠色植物能在陽光下把二氧化碳和水，轉(zhuǎn)化為氧氣和有機物（葡萄糖），這就是滋養(yǎng)了絕大部分碳基生命的“光合作用”。

綠色植物和藻類“生產(chǎn)”的有機碳，既供給自己生長所需，又是人和動物、以及真菌等其他生命的食材，奠定了整個地球生態(tài)的基礎(chǔ)。

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由于碳對生命如此關(guān)鍵，地球生命被稱作“碳基生命”。不過它也僅在元素周期表排第6號、在地球所有元素中含量僅排第15名，為何是它孕育了生命？

原因在于碳的“萬能積木”屬性。碳原子的最 外層有4個電子，還需要4個電子才能獲得8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此碳原子相當于擁有4個“插孔”，能形成多種多樣的“化學鍵”。

甲烷分子CH?，由1個碳原子與4個氫原子組成

碳原子用這些鍵，與其他原子（可以是碳原子或其他元素的原子）相結(jié)合，就能像搭積木一樣“搭”出千變?nèi)f化的分子形態(tài)。相比之下，地球上更豐富的氫、氧兩種元素，分別只能形成1個和2個化學鍵，“可塑性”差了太多。而且碳原子不但化學鍵多，鍵的“結(jié)實程度”還剛好。

許許多多的碳原子“手拉手”形成復雜的長鏈，再盤曲折疊，就組成種類無限、變化無窮的有機大分子——分子量可達幾十萬、幾百萬，如同用一塊塊磚頭搭建高聳入云的大廈，為轉(zhuǎn)運核糖核酸的大分子。

借助精妙復雜的化學鍵，碳元素開創(chuàng)了“有機物”的新世界。哪怕除去生命這個領(lǐng)域，有機化學的內(nèi)容依然無窮無盡：從甲烷、乙烯、酒精到淀粉、橡膠、塑料，這些看似毫不相干的物質(zhì)，都由碳一手組建。

從鉆木取火到工業(yè)革命

構(gòu)成人體本身的碳元素，也是人類文明的基石。人類最早的科技之一“用火”，就是點燃植物體內(nèi)的碳，釋放光和熱。寫字用的墨水，也因為里面有碳單質(zhì)或含碳色素，才能留下字跡。

工業(yè)革命和現(xiàn)代文明，更是依賴碳的“超時空儲能”。遠古的綠色植物、浮游生物遺骸沉入地下或海底，其中一些歷經(jīng)億萬年地質(zhì)變遷，轉(zhuǎn)化為煤炭、石油和天然氣。這些“化石燃料”為人類提供了工業(yè)能源，直接推動了這200多年來的科技起飛。在新能源蓬勃發(fā)展的今天，化石燃料仍是各國的經(jīng)濟命脈。

石油的形成過程以生物沉積變油學說為主流觀點，認為石油是古代海洋生物遺體在特定地質(zhì)條件下，經(jīng)過長期演化形成的。這一過程涉及微生物作用、加壓、加熱等多個環(huán)節(jié)。也有無機成因說，不過組成石油的主要成分一定是碳氫化合物。

煤炭、石油除了當能源燒掉，還用來制造各種含碳化工產(chǎn)品，包括各種塑料。如今塑料在我們身邊無處不在，帶來極大便利的同時，也造成了頑固的“白色污染”。

中國和許多國家正努力控制碳排放，并研發(fā)“捕獲”空氣中二氧化碳的技術(shù)，以改善全球的“碳循環(huán)”。

來源：博物

責編：邱訪蓉

一審：黃帝子

二審：姚瑤

三審：王明輝

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