微量元素pb是什么意思（微量元素pbcd）

说到碳，那真可谓是无人不知，因为它在生活中真的是太常见了。拿出一根火柴或者一张A4纸，点燃它，等它未全部烧尽便熄灭火焰，你就会看到在熄灭的分界部位有一层黑乎乎的物质，那就是最简单最常见的碳元素了。碳元素的英文名称Carbon来源于拉丁文中煤和木炭的名称Carbo，意思就是木炭。

最常见的木炭

碳元素可以说是人类接触到的最早的元素之一，同时也是人类利用的最早的元素之一。普罗米修斯将火种赠予人类之后，人类就在燃烧后的余烬中发现了碳，所以在古代，碳就是已经被人类知道的元素。碳元素被发现的准确日期是无法得知的，从拉瓦锡（Lavoisier A L）编制的《元素表》便存在碳元素我们可以知道，碳一开始就是作为元素出现的。法国大革命前夕，化学家拉瓦锡用巨大的凸透镜把阳光聚焦在钻石上，结果钻石飘逸地烧掉了，并且他发现等量钻石和煤炭烧尽产生的二氧化碳的量是相等的，这成功证明了地球上硬度最高的物质——钻石其实就是碳元素的一种存在形式。你没有听错，恒久远的钻石和煤炭在本质上其实是同一种物质！

人造金刚石

金刚石的结构

不仅钻石是一种碳元素，铅笔中的铅笔芯其实也是一种碳元素石墨，而不是铅。那为什铅笔不叫“碳笔”或者“石墨笔”呢？其实在很久之前，铅笔中的笔芯一直被人们误以为是铅，在1779年，瑞典无机化学家卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele）提出了笔芯可能是碳元素的观点，于是他用硝酸把笔芯氧化，产物正好与煤炭产生的气体一样，充分证明了笔芯其实是一种碳而不是铅，只不过因为大家都叫习惯了铅笔，所以这个名字一直沿用至今。

石墨的层状结构

碳元素还有很多很多种变幻，其中最被人们所知晓的还有足球烯和石墨烯。足球烯又被称为碳60或者巴基球，因为它的形状酷似足球。它由20个六边形，12个五边形。这60个碳原子在空间进行排列时，形成一个化学键最稳定的空间排列位置，恰好与足球表面格的排列一致。

碳60的立体结构

石墨烯是一种正在研究开发中的热门材料之一，被认为是一种未来革命性材料。它是一种平面二维结构，具有及其优良的导电性，因为它内部的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯的结构其实就是单层的石墨结构，最早的石墨烯也是由一种十分简单的方式制作的。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）用一种特殊的胶带，不断将石墨薄片一分为二，让石墨薄片越来越薄，最后得到了只由一层碳元素构成的薄片，这就是石墨烯。最后他们还因为成功制作出石墨烯获得了2010年诺贝尔物理学奖！看来诺贝尔奖也不全是一些高大上的研究发现呢！

石墨烯的平面结构

二氧化碳在我们的学习过程中描述是一种无色无味的气体，但是实际闻起来可并不是这样。现实中拿一袋二氧化碳套着鼻子猛吸一口的气味跟买瓶可乐对着瓶口闻起来是一样的，会有种酸酸的刺激感，当然这对人体是无害的。因为碳酸饮料里面都溶解了大量的二氧化碳气体，在摇晃汽水的过程中，二氧化碳便跑了出来，吸入体内时又会和呼吸道里的水形成碳酸，所以闻起来是酸酸的！

二氧化碳也是一种温室气体，大气中的二氧化碳会反射地面本来要发散到宇宙中的的光和热，对地球起到了很好的保温左右。从工业革命开始，人类各种重工业发展迅速，对大气排放了过量的二氧化碳气体，造成了很严重的温室效应。南北极的冰川会融化，海平线会上升，很多沿海地球的陆地也会被淹没，对南北极的生态系统也会造成极大的破坏！生活中的电能大部分来源于火力发电，火力发电会排放大量的二氧化碳气体，为了减少温室气体的排放，我们应该减少生活中消耗的能量，减少二氧化碳的排放！

我们将某些食品（比如海苔）中的白色干燥剂拿出放置空气中几天，就会得到今天的另一位主角——碳酸钙。碳酸钙在房屋装修中经常用到，房屋两侧洁白的墙壁，地下脚踩着的大理石，其实都是碳酸钙的杰作。古人类用石头搭建的小房子，主要成分也是碳酸钙！另外在药店内买到的绝大部分补钙药品都是碳酸钙制成的药片，牙膏中也会加入很少量的碳酸钙增大摩擦力，实验中中制取二氧化碳也是用碳酸钙与盐酸发生反应产生大量二氧化碳气体，可以说碳酸钙真可谓是碳元素创造出来的大明星呢！

在很多战争影片中，反派间谍被主人公擒拿后为了不被受刑套话，都会咬破口中的小胶囊，很快就一命呜呼。相信很多人都好奇这小胶囊中到底装了什么有这么大的杀伤力，其实这就是毒药之王——氰化物。常见的氰化物有氰化钠和氰化钾，化学式为NaCN和KCN，主要毒害人体的就是里面的共同部分CNˉ，学名叫做氰根离子。一个成年人一次性服下0.1克的氰化物就可致死，它会使细胞中的某些酶失去作用，导致细胞不能利用血液中的氧气，最后窒息而死。可别想着拿这种化学品做坏事儿，因为它太不稳定了，很容易放出氰化氢气体，这种气体吸入少量也会立即中毒窒息，珍爱自己和他人的生命才是每个人应该做到的！

碳元素的“艺术品”中，放在压轴的，最最重要的，大家肯定想不到是什么！那就是人类少了一天都不行的钢铁。很多人就会好奇了，钢铁跟碳有什么关系？铁不是一个单独的化学元素吗？其实作者本身就是学习金属材料的，学习内容很大一部分都与钢铁有关。钢铁又被叫做铁碳合金，钢和铁的区别就是含碳量的不同，生活中使用的钢铁几乎全部都是铁碳合金，因为只有含一定量碳元素的铁，各项性能才会更好！古代中国人的老手艺打铁，其实就是把含碳量高的“黑铁”中的碳元素烧掉，变成含碳量很低的“白铁”，这样的铁做出来的道剑，韧性更好，驰骋疆场与敌人厮杀时才不会轻易断裂！

在全部的无机化合物中，碳元素的无机化合物只占其中很小一部分，而对于有机化合物而言，碳元素是绝对的一部分，也就是说，所有的有机物都含有碳元素！

生活中常见的有机物

有机物的原意是指有机生命体中的物质，因为早期的有机物全部都是从生物体内分离出来的。但是随着有机合成的发展，很多有机物已经可以从实验室中由各种无机物合成，“有机物”这一词其实已经失去了原本的含义。

维勒

人类第一次由无机化合物合成有机化合物要追溯到19世纪德国化学家弗里德里希·维勒(Friedrich Wohler)，他最开始的初衷是要合成氰酸铵，认为把氰酸和氨水混合在一起就可以获得氰酸铵，但是在1828年，他突然发现这个实验的产物并不是氰酸铵而是尿素！是的你没有听错，这里说的尿素就是人类小便时排出的尿素。很长一段时间人类都以为无机化合物和有机化合物之间有着一道跨不过去的沟壑，二者是没有互通性的，直到维勒用无机化合物成功合成了尿素。这项发现在整个化学发展历史上有着十分重要意义，推翻了当时严重阻碍化学发展的生命力论，从此打开了有机物和无机物之间的“真理之门”！

为了纪念维勒发行的邮票

现在我们知道了什么是有机物，有机物和无机物之间微妙的联系！现在我们来聊聊最简单的有机物——甲烷！

甲烷仅由一个碳原子和四个氢原子构成，是一种无色无味的可燃性气体。你肯定听过甲烷这个词，因为它实在是太常见了！天然气、沼气、坑气、瓦斯的主要成分都是甲烷，一般都被人类用作燃料使用，因为他的含碳量最小，燃烧起来不容易产生黑烟。倘若使用乙炔这类含碳量高的有机物作为燃料，那烧一次菜，家里的厨房就会蒙上一层黑烟，这层黑烟的主要成分就是炭黑！我们家中使用的天然气，其实是一种化石燃料，是一种不可再生资源，来源于多年前动植物遗体在特定的保存条件下产生的，是会越用越少的。

甲烷的立体结构

面对天然气这种不可再生的资源，人类必须找到更多的资源或者找到其他可再生的替代品。可燃冰就使天然气资源更加丰富了起来！可燃冰并不是冰，而是一种天然气水合物，化学式为CH4·nH2O，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶或絮状物质。可燃冰在地球上的分布十分广泛，仅在海底区域分部面积就达4000万平方千米，占海洋面积的四分之一，如果人类能够成功开采和使用可燃冰，可燃冰能源可供人类使用至少1000年！

可燃冰

甘油你可能会感到很陌生，但是它确实经常出现在我们生活中，尤其是女性朋友经常用到它。日常的护肤品、保湿水和面膜中，厂家都会加入适量甘油起到保湿的作用，因为甘油中三个亲水基团（羟基）可以储存很多的水，敷在干燥的皮肤上会源源不断为皮肤提供水分，起到保湿作用。但是需要注意的是，甘油的吸水性是双向的，如果把纯甘油敷在脸上，它也会从皮肤中吸收水分，所以面膜中使用的甘油都会以1：10的比例兑水，只有这样的甘油才能做到保湿的作用！

糖类可不是指家里大块的冰糖或小颗粒状的白砂糖，糖类在有机物界可是一个很大的范畴，泛指多羟基醛、多羟基酮以及能水解而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，可分为单糖、二糖和多糖等。糖类在生命活动过程中起着十分重要的作用，是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源！

医院里输液用到的葡萄糖，它是自然界中分布最广泛，也是最重要的一种单糖。动物可以通过呼吸作用直接利用分解葡萄糖获取能量，植物也可以通过光合作用不断形成葡萄糖并储存起来！葡萄糖是在1747年由德国化学家马格拉夫(A.S.Andreas Sigismund Marggraf ）从葡萄干上白色粉状物质中提取出来的，所以被命名为葡萄糖而不是“自然糖”。

用不怎么甜的葡萄糖和自然界中最甜的果糖聚合在一起，就形成了一种最常见的二糖，同时也是家中最常备的甜味来源——蔗糖。蔗糖一般都是从甘蔗和甜菜中榨汁蒸干提取出来的，如果把甘蔗汁一直用大火烧煮至红色或褐色，就制作成了另一种常用的糖——红糖。若是再继续熬制直到发生褐变反应，就形成了可口可乐配方中不可或缺的成分——焦糖，据说美国可口可乐之所以能风行全世界一个世纪，国际市场占有率独占一头，与可口可乐公司拥有生产焦糖技术是分不开的。这一系列用蔗糖制作出来的其他糖，其本质都是蔗糖，只是通过了不用的工艺，稍稍改变了蔗糖的风味和口感。

焦糖

淀粉这个词大家肯定都不陌生，人类日常的主食中都含有丰富的淀粉，馒头、米饭、面条、土豆中都含有大量的淀粉。淀粉也是一种糖，是一种多糖。它是由几百个葡萄糖分子聚合而成的大分子化合物，人类食入淀粉后会被肠胃中的各种酶消化分解成葡萄糖被身体吸收利用！

含淀粉很多的主食

这光有主食得上菜，每餐营养要均衡，每顿素食少不了！素食里面含有大量纤维素，纤维素也是一种多糖，也是由葡萄糖小分子聚合而成的，纤维素内葡萄糖小分子比淀粉内的葡萄糖小分子多得多，不同的聚合度以及葡萄糖分子间化学键的不同，导致二者的化学性质有很大的差别。比如人类的消化系统可以消化淀粉大分子而无法消化纤维素大分子，无法从纤维素中获得人体所需的能量，但是为什么人类还需要进食大量素食纤维素呢？这是因为人类虽然不能像牛羊这类素食主义者一样可以消化纤维素获得能量，但是纤维素可以帮助人类更好的消化食物，清理肠胃，更重要的是植物内含有大量人体必须的微量元素！所以可不要因为肠胃不能消化纤维素而不吃蔬菜呀！

棉花中有大量纤维素

“酒逢知己千杯少”，早在中国古代就有关于餐桌酒文化的描述，即使在现在，各种酒席上，要是少了酒精的醇香，就总感觉少了点什么，缺了些氛围！在饮酒方面，我们国家还真是不输任何地方，我国每年能喝掉300亿左右公斤酒，相当于一个西湖！酒精也是一种很重要的碳元素的“有机艺术品”，古人很早就发现了酒曲这个酿酒的神秘物质。在周朝著作《书经·说命篇》就有记载“若作酒醴，尔惟曲蘖”。古人先把冷却的煮熟的米饭捣碎，与酒曲和各种其他原料混合在一起发酵，待发酵的差不多了，就拿出来压榨，把酒和糟粕分离，最后通过简易的蒸馏装置把酒精提纯入缸，待亲朋好友来临之际，开坛享酒香，岂不美哉！酒精是最简单的醇类物质之一，学名为乙醇，化学式CH3CH2OH。最简单的醇类物质是甲醇，化学式CH3OH，跟乙醇截然不同的是，甲醇可不能喝，一个成年人一次性摄入超过10毫升的甲醇，就会导致不可逆的视力损伤，更严重则会致死。国内外也经常出现误食工业酒精致盲的案例，因为工业酒精中含有很高剂量的甲醇，这种“假酒”可不能喝啊！

古人制酒

为什么地球上的生命必须是以碳元素为基础的碳基生命，能不能是由同族的硅元素为基础的硅基生命，或者同周期硼元素为基础的硼基生命呢？宇宙中有没有非碳基生命，这也是科学家目前正在研究攻克的难题！至少在地球上的生物，全部都是和人类一样的碳基生命体。

那么问题来了，什么是碳基生命呢？为什么是碳基生命呢？

自从化学尤其是有机分子生物学在近代蓬勃发展，人类对生命的研究已经可以从微观分子原子尺度进行了。科学家们发现，虽然生物体很复杂，但是构成生命体的化学元素几乎全部都是前25号元素，之后的元素生命体中当然也存在，但是需求量对于前25号元素要少的多，被称为微量元素。一个典型的生物细胞比如人体细胞的总质量当中，有96%是由氧（65%）、碳（18%）、氢（10%）、氮（3%）这4种主要元素构成的，其余的则是由少量其他元素构成的，比如说钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁等等。可能这时候就有人问了，人体内不是氧元素的含量最多吗，为什么不叫氧基生命而叫碳基生命呢？是这样的，虽然氧元素和氢元素在人体中含量很高，那是因为人体70%以上的重量都是水（H2O），这导致氧元素的质量在人体中占比很大。而水在生命体中主要起到物质交换的作用，对细胞结构和功能起到关键作用的，就是我们的主角碳元素！所以我们说地球生命都是以碳元素为基础的，于是就叫碳基生命Carbon-Based Life。

我们已经知道了为什么地球上的生命体叫做碳基生命，而不是以其它元素为基础的生命体，那么为什么是碳呢？

让我们从微观尺度看看碳元素的特点，我们都知道，有机分子中的原子和元素之间，都是以化学键相互作用连接在一起的。倘若不知道化学键也没关系，我们把化学键比做原子的手臂，原子之间可以通过手拉手形成各种化合物浪迹天涯！不同元素拥有的手臂数量是不一样的，氢原子只有一只手臂，意味着它只能拉一个小伙伴的手，氧原子有两只手臂，可以同时拉两个原子的手，也可以两只手臂同时拉一个原子的手。碳原子虽然没有三头六臂，但是也足足有4只手臂，4只手臂就意味着有很多种连接方式，上下前后左右，还可以构成三维立体结构，这也就形成了千千万万的有机物，如此多种类的有机物为生命体的形成打下基础！

有人可能就会问了：碳原子不过区区四只手，比碳原子手多的原子，岂不是更能演绎出更丰富多彩的分子结构，不是更精彩嘛？其实在分子层面，并非手臂越多越好，也要求手臂很牢固。元素周期表后面的重元素们，虽然可能手臂比碳元素更多，但是他们太重了，就像胖子力气大更容易挣脱一样，稍稍有点风吹草动他们就逃之夭夭，手臂太容易断了，化合物就会不稳定，也就不能形成有机生命体！看来在化学界，更重要的还是巧啊！

看得见的化学键

那么跟碳元素同族的硅元素怎么样呢，它也有四只手臂，也没有太重。其实早在1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略申纳(Julius Sheiner)就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，之后科学家们也根据他的假说做了很多研究，硅化合物的热稳定性确实可以让以其为基础的生命可以在高温下生存，那么硅元素真的可以不负众望，成为生命的核心元素吗？

理想很美好，现实却很骨感。经过科学不断发展，对硅元素的研究不断深入，我们发现硅元素相比于碳元素有很多不足的地方。首先硅元素的连接能力十分糟糕，不像碳元素一样，形成的大分子化合物中含有数以万计的碳原子，硅元素形成的硅烷中含硅原子数量在8以上就十分不稳定了，而且硅烷极其衍生物也十分不稳定，硅-氢键和硅-硅键会被各种溶剂破坏，也就意味着硅基生命不能以氨或水作为生命的载体。再者在宇宙中，人类只发现了二氧化硅和硅酸盐，并没有发现硅的高级化合物，而甲烷在太阳系中普遍存在，星云也是碳元素的超长链状物质，其中可能存在更复杂的碳基有机物！

我们知道地球上的热量主要来自于太阳，中学里就学习了热的主要传递方式主要分为三种：热传导、热对流和热辐射。宇宙间是真空的，所以星体间热量的主要传递方式靠的就是热辐射，光就是热辐射传递热量的主要方式。我们地球会吸收一部分太阳光的能量，还没有被吸收的热量就会被反射或者散射出去，一个星球如果处在一个比较稳定的状态，温度不会越来越高或者越来越低，那他接受的能量和释放的能量是基本相同的，那么地球吸收了一部分能量，肯定也要向外散发一部分能量才能维持稳定。

热传递的三种方式

那么地球是怎么向外释放能量的呢，这里我们要降到一个概念叫做黑体辐射！主要意思大概是只要一个物体的温度比觉得零度高，那么它就会发出辐射，辐射是什么？辐射就是光，也就是一种电磁波，所以太阳、地球、你、我无时无刻都在发光，为什么看不到光呢？因为人眼看到的可见光波长是一个很小的范围内，太阳发出的大部分是可见光，所以我们可以看到太阳光的颜色，地球发出的光的波长大概在10微米左右，那就是红外线，是不能被人眼看到的！

温度与波长的关系

微观里的光可以展现为一个个的光子，每个光子的能量和波长成反比，也就是一个光子的能量，X射线高于紫外线，高于可见光，高于红外线，高于微波。微观里原子分子的能量也是量子化的，这个能量可以是转动的能量，可以是化学键振动的能量，也可以是电子在不同轨道上跳跃的能量，甚至可以是原子核裂变的能量！分子转动的能量非常小，化学键振动的能量稍微大些，原子核裂变就超级大了，然后一束光照到粒子上，可能直接穿过了，也可能被粒子，一个光子如果被吸收，根据能量守恒，那么这个粒子前后能量差就要等于这个光子的能量。那么我们就来看看，什么样的粒子可能吸收它们！对于太阳发出的可见光，光子的能量落在了电子跃迁的能量范围内，地球上的铁元素，电子跃迁的最低能量是2.3个电子伏特，换算成波长就是540纳米，所以铁元素可以从太阳上吸收很多能量。除了铁元素地球上可以吸收可见光的还有很多，正是因为这些东西的存在，地球才可以从太阳中吸收能量。

四种能量大小差异很大

我们分析完地球从太阳中吸收能量，再来看看地球发出的能量，有什么物质能吸收，我们前面说过，地球发出的光大部分都是红外线，对应的光子能量落在了化学键振动的能量范围内，空气里的气体分子，除了惰性气体，只要至少有2个原子，就会形成化学键。是不是所有的化学键都能吸收红外线呢？

这是一张空气的红外光谱图，图里蓝色的部分是透过空气的光，黄色部分是被空气吸收的光，图里标出了吸收各种波长红外线所对应的气体分子，我们可以看出来，主要是水、二氧化碳、臭氧这些分子在吸收红外线，而空气里占比最高的氮气和氧气，是不会吸收红外线的，这是因为他们的振动能级不在这张图的能量范围内吗？其实不然，比如氮氮键的振动能级差转换为波长大概是4微米左右，但这个振动却不能被红外线所激发。

水分子是极性分子

我们知道光是一种电磁波，既然是一种电磁波，那么肯定是有电场的，一个粒子如果带电，那么在电场中就会受力，一个分子里正负电荷一定是一样多的，但是如果正电荷和负电荷的中心不重合，这种粒子被称为极性分子，电场就会让这个分子朝一个方向排列起来。

电场使极性分子同向排列

最典型的极性分子就是水分子，他的整体是电中性的，但是正负电荷中心不重合，此时我们就称为偶极。如果一个分子正负电荷中心是重合的，那么就没有偶极。但是如果这个分子在振动就会形成偶极，一个频率合适的电磁波就会使这个分子振动，也就是说这个分子可以吸收特定频率的红外线。

电场使极性分子振动

我们拿二氧化碳为例子，刚开始的二氧化碳分子正负电荷中心是重合的，但是经过不对称伸缩和弯曲的振动，就会使正负电荷中心不重合，就可以吸收红外线。而像氮气和氧气这种双原子分子，不论怎么振，正负电荷中心总是重合的，也就不能吸收红外线。

二氧化碳正负电中心重合

让我们看看空气中有哪些气体可以吸收红外线，这是空气中的成分表，我们可以看到，除开氮气、氧气这类非极性分子，再去除稀有气体这类单原子分子，就剩水蒸气、二氧化碳和甲烷这三种原子可以吸收红外线。而水蒸气这些年在大气中的含量几乎没什么变化，所以大家普遍认为二氧化碳和甲烷这类气体排放量的增多，才是温室效应产生的主要原因！

空气成分表

总结一下，地球上的一些物质会以电子跃迁的方式从太阳上吸收可见光，而地球要想保持温度的稳定，也会不断以放出红外线的方式散发能量。在正常情况下，地球吸收的能量与散发的能量基本相同，地球温度保持稳定。而随着人类近几年二氧化碳和甲烷这种可以吸收红外线的气体排放量增多，地球散热量会大于吸热量，地球的温度就不断上升，产生温室效应。而空气中二氧化碳、甲烷这类可以吸收红外线的分子，就被人们称为温室气体！