什么说碳是生命的核心元素?原因在这里 :
碳在元素周期表中排第6位,拥有6个电子,这6个电子分内外两层排布,第2层4个电子通过SP杂化,可以与其它原子形成四个共价键。这些共价键键能较高,在三维空间中可形成四面体结构,从而赋予含碳分子相对稳定、不易被破坏的结构。碳原子可以与很多类型的原子之间形成共价键,这些原子包括其他碳原子,也包括氢、氧、氮等原子,使得含碳的分子可以形成多种多样的结构,碳还可以参与形成双键、三键,更丰富了这些含碳分子的结构多样性,还使这些分子可以发生各种化学反应,如氧化还原反应。由于碳的以上优良特性,生物分子可以以碳为骨架,辅以其他原子,形成稳定的长链结构,还可以产生环状结构、带分支的链状结构等复杂结构。
碳具有相对稳定的化学性质,碳的价态可在-4与+4之间变化,其价态的变化对应的是较多能量的转化,因此含碳丰富的分子如葡萄糖、脂肪酸均被生命用来储存能量。碳的最高价态对应的是二氧化碳(CO2)分子,在地球表面的温度下,二氧化碳以气相形式自由且稳定地存在于空气中,并且可以溶于水中,可以很容易地在生命体内进行转移,并且与外界环境进行自由交换,通过生物的呼吸作用和光合作用,使碳原子在自然界中得以不断循环,生生不息。
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