不怕火烧能切西瓜的录取通知书，可以说跟人差不多

2024-09-12 10:37:04

最近开学季，不知道我们粉丝里有没有北京化工大学的新生，我对你们今年收到的这个录取通知书很好奇，怎么能切肉切西瓜，火烤掰弯都没事的。

北化说他们用的这“黑科技”叫碳纤维，碳纤维是我认识的那个碳“做的东西”吗？

二氧化碳，从哪儿呼出来？

大家都知道，人的呼吸就是吸入氧气、呼出二氧化碳。那么，呼出来的二氧化碳“废气”，是从哪儿来的呢？

二氧化碳CO2，是碳元素C的一种氧化物。人体内的碳元素约占体重的18%，比例仅次于氧元素。组成人体的几类有机物——蛋白质、脂肪、核酸和多糖，都含有碳。人体新陈代谢时，不断有新的有机物形成、旧的有机物分解；作为分解产物之一的二氧化碳，便随呼吸排出体外。

对人和动物来说，呼出来的二氧化碳就没用了，浓度太高还会中毒。而绝大部分绿色植物和藻类，除了呼吸还有“光合作用”这个大招，能捕获空气中的二氧化碳，用体内的叶绿体把二氧化碳和水转换成有机物，并释放出氧气。

依靠叶片中的叶绿体，绿色植物能在阳光下把二氧化碳和水，转化为氧气和有机物（葡萄糖），这就是滋养了绝大部分碳基生命的“光合作用”。

绿色植物和藻类“生产”的有机碳，既供给自己生长所需，又是人和动物、以及真菌等其他生命的食材，奠定了整个地球生态的基础。

我们为啥叫“碳基生物”？

由于碳对生命如此关键，地球生命被称作“碳基生命”。不过它也仅在元素周期表排第6号、在地球所有元素中含量仅排第15名，为何是它孕育了生命？

原因在于碳的“万能积木”属性。碳原子的最外层有4个电子，还需要4个电子才能获得8电子的稳定结构。因此碳原子相当于拥有4个“插孔”，能形成多种多样的“化学键”。

甲烷分子CH₄，由1个碳原子与4个氢原子组成

碳原子用这些键，与其他原子（可以是碳原子或其他元素的原子）相结合，就能像搭积木一样“搭”出千变万化的分子形态。相比之下，地球上更丰富的氢、氧两种元素，分别只能形成1个和2个化学键，“可塑性”差了太多。而且碳原子不但化学键多，键的“结实程度”还刚好。

许许多多的碳原子“手拉手”形成复杂的长链，再盘曲折叠，就组成种类无限、变化无穷的有机大分子——分子量可达几十万、几百万，如同用一块块砖头搭建高耸入云的大厦，为转运核糖核酸的大分子。

借助精妙复杂的化学键，碳元素开创了“有机物”的新世界。哪怕除去生命这个领域，有机化学的内容依然无穷无尽：从甲烷、乙烯、酒精到淀粉、橡胶、塑料，这些看似毫不相干的物质，都由碳一手组建。

从钻木取火到工业革命

构成人体本身的碳元素，也是人类文明的基石。人类最早的科技之一“用火”，就是点燃植物体内的碳，释放光和热。写字用的墨水，也因为里面有碳单质或含碳色素，才能留下字迹。

工业革命和现代文明，更是依赖碳的“超时空储能”。远古的绿色植物、浮游生物遗骸沉入地下或海底，其中一些历经亿万年地质变迁，转化为煤炭、石油和天然气。这些“化石燃料”为人类提供了工业能源，直接推动了这200多年来的科技起飞。在新能源蓬勃发展的今天，化石燃料仍是各国的经济命脉。

石油的形成过程以生物沉积变油学说为主流观点，认为石油是古代海洋生物遗体在特定地质条件下，经过长期演化形成的。这一过程涉及微生物作用、加压、加热等多个环节。也有无机成因说，不过组成石油的主要成分一定是碳氢化合物。

煤炭、石油除了当能源烧掉，还用来制造各种含碳化工产品，包括各种塑料。如今塑料在我们身边无处不在，带来极大便利的同时，也造成了顽固的“白色污染”。

中国和许多国家正努力控制碳排放，并研发“捕获”空气中二氧化碳的技术，以改善全球的“碳循环”。

来源：博物

责编：邱访蓉

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