在本文中，SimonHFriedman展示了碳除了其在有機(jī)化學(xué)中優(yōu)雅而尊貴的角色之外，還在哪些方面與我們的生活息息相關(guān)。

 

　　有機(jī)化學(xué)家眼中的碳，就像“紐約客”眼中的世界：曼哈頓的邊界即是天涯海角。在有機(jī)化學(xué)家們看來，碳構(gòu)成藥物、殺蟲劑和染料的骨架，它美麗、可預(yù)見，而且標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　這些奇妙的造物拯救生命、使作物增產(chǎn)、還能方便地給T恤衫印上時(shí)髦的標(biāo)語。而這一切都是由歐幾里德和其他先賢所感悟、由鮑林所闡述的富有魅力的180°、120°和109.5°鍵角——來自sp-、sp2-和sp3-雜化的碳——所構(gòu)成的。

 

　　碳所能構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的種類之多，在元素周期表中無可匹敵。在20世紀(jì)80年代，富勒烯的加入進(jìn)一步擴(kuò)充了本來就極為可觀的碳的同素異形體列表（其中包括了鉆石、石墨和無定形碳）。估測(cè)表明，碳有可能構(gòu)成的小分子的種類，甚至要多于整個(gè)宇宙中所有原子的數(shù)量。這保證了在可預(yù)見的未來，有機(jī)化學(xué)家都不會(huì)失業(yè)。

 

　　然而，就像紐約哈德遜河以西也還有一整個(gè)世界一樣，除了有機(jī)物以外也同樣存在著好幾個(gè)碳的世界，而且它們對(duì)我們有著和有機(jī)物相當(dāng)甚至更大的影響。雖然可能冒犯某些有機(jī)化學(xué)家的敏感神經(jīng)，但為了讓本文不至于掛一漏萬，我必須對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。

 

　　如果將有機(jī)化學(xué)稱為碳的第一個(gè)世界，那第二個(gè)世界便是鋼。沒有碳的鐵仍然足夠用來釘釘馬掌，但若是要造些耐用的大件就有些捉襟見肘。然而只要在鐵里加入百分之一上下的碳，就產(chǎn)生了鋼——有了鋼就能造不少有用的東西了，比如推土機(jī)、抑或是二百丈高的大樓。

 

　　碳的這一功能是通過結(jié)構(gòu)特性生效的。純鐵形成的常規(guī)晶體是由最密堆積的鐵原子層所構(gòu)成的，這些鐵原子層之間可以互相滑動(dòng)，而層間的滑動(dòng)會(huì)使純鐵在較輕的負(fù)載下就產(chǎn)生結(jié)構(gòu)斷裂。

 

　　碳能夠協(xié)助解決這一問題，因?yàn)樘荚幽芮度腓F的晶格結(jié)構(gòu)中的間隙位置。雖然碳的嵌入位置沒有規(guī)律可循，但間隙碳原子所導(dǎo)致的作用力已足以阻止鐵原子層間的滑動(dòng)，因而提高了其強(qiáng)度，這就產(chǎn)生了堅(jiān)韌的鋼。然而此處并沒有原子層面的美學(xué)在起作用；規(guī)律性或是動(dòng)人的幾何美感并不存在于此。

 

　　實(shí)際上，連含碳的多少都可以上下浮動(dòng)，并由此為鋼帶來硬度，延展性，抗拉強(qiáng)度等宏觀性質(zhì)上的不同。“宏觀性質(zhì)”，看到這四個(gè)字，幾乎就可以看到有機(jī)化學(xué)家們開始瑟瑟發(fā)抖。

 

　　碳的第三個(gè)世界同樣也是宏觀性質(zhì)的世界。這個(gè)世界一言以蔽之便是“塑料”。塑料，或者說高分子聚合物，完全改變了制造物品的方法。由碳構(gòu)成的聚合物單體能夠輕松地互相連接，所構(gòu)成的多種多樣的聚合物則具有可塑性、可降解性等等的廣泛性能。

 

　　在二十世紀(jì)上半葉需要數(shù)十道工序才能制成的物品，在下半葉可能只需要將聚合物對(duì)著模具一擠便能完成。不管在世界的哪個(gè)角落，擁有人工晶狀體或是開心樂園餐玩具的人們都為此而感到開心。

 

　　碳的第四個(gè)，也是最后一個(gè)世界則是能源。碳是驅(qū)動(dòng)人類文明的主要能量來源：原油，煤炭，以及天然氣。燃燒著的碳資源驅(qū)動(dòng)著活塞或是汽輪，同時(shí)產(chǎn)生了二氧化碳。二氧化碳是熱力學(xué)上的終點(diǎn)，因?yàn)檫@兩對(duì)碳氧雙鍵很強(qiáng)，并且在整個(gè)勢(shì)能面上，碳已經(jīng)沒有可以輕松抵達(dá)的更低洼的地方了。

 

　　但對(duì)有機(jī)化學(xué)家而言，比起碳在它的各個(gè)世界里所扮演的其他角色，單純地為了能量而燒掉碳，肯定就像是在寒冷時(shí)焚書取暖、或是在饑餓時(shí)吃掉來年的種糧一樣。這意味著相當(dāng)程度的絕望，也是對(duì)碳所能創(chuàng)造的種種奇跡的背叛。或許就在有機(jī)化學(xué)家們的精致美學(xué)中，我們能找到關(guān)于碳之美的重要信息，并將之傳達(dá)給整個(gè)世界。