06 贫贱亦富贵,一颗永流传——碳元素

“老师,报告,我可以进来吗?”

在我正在准备下一节课的课件的时候,门外响起来一个陌生的声音。

“进来。”我淡淡地道。

“老师,我是一班的许欢。我前几天在同学的Qq说说上看到她写的元素小说。我问了她一下,她说她的小说都是受您的启发,让我有什么困难一定要来找您。”

“可以,你先说说你有什么困难。”我心里暗自胡乱揣测,或许可能是遇到了青春期常有的恋爱问题。

在我偷偷想着怎么回答的时候,她开口了,“老师,我想要你教我制作一颗钻石,可以吗?”

“什么?”我的表情因为这个问题有些呆滞,我反复想要向她确认是不是我幻听了,“你是说,你想要我教你~做钻石?”

“嗯,她说你很厉害,化学老师什么都会,我觉得,做一颗钻石应该没有什么太大问题吧?”

“同学,很感谢你这么乐观地高估你的化学老师,可是很遗憾,我还是得告诉你恕我无能为力。”

“啊,老师,你想想办法不可以吗?”

“是真的不行,你要知道,钻石是自然界当中最坚硬的物质之一,加工它可不是我一个小小的化学老师可以完成的,那你得去南非的钻石矿场见识别人是如何完成钻石的采集和制作的。我这里可不出产钻石。”我诚恳地向她解释。

“可是,老师你明明说过,钻石的本质就是金刚石,也就是碳单质,实验室里边的碳棒不也是碳吗?你不也说过化学虽然不能实现无中生有,但是可以实现不同物质之间的转化吗?”

“用碳或者石墨来制备钻石,理论上是可行的,但是条件非常苛刻,需要达到极高的温度和上百倍的大气压强,这种设备别说我们学校,世界上一百多个国家能拿出来的也没有几个。”

“这样吗?唉,亏我还想做一颗钻石送给我妈妈。”她的神情当中充满了难言的失落。

“与其做一个钻石,不如想办法给她准备一点其他小礼物,这样更能体现你的心意。”我劝解到,“知道什么礼物才是好礼物吗?解决问题的礼物才是好礼物。你想想,妈妈目前在烦恼些什么?”

“我妈妈说最近家里的水喝起来总是有点味,不知道是不是水有问题。”她歪着头想了想。

“这样吗?那我有办法。”听罢我自信地笑笑,“你要不要试试给家里做一个小净水器?”

“老师,净水器好贵的,那么复杂的东西,怎么做?”她听了就要打退堂鼓,“我的零花钱可买不起啊。”

“哈哈,放心,很简单的装置,听过活性炭吗?”我笑着问道。

“听过,它可以吸收很多东西,我们家装修的时候妈妈也买了很多这种活性炭包放到房间里边,气味少了不少~”

“对,就是活性炭,我给你画一幅简易净水装置,你给你妈妈看,她一定很高兴。材料也不困难,大瓶可乐瓶,铁丝网,纱布还有石头,活性炭就行了。”

“好,谢谢老师,化学可真有意思,明明都是碳原子构成的,为什么性质会有这么大的差别?”

“这是因为碳原子的排列方式不同。”我回答道。

“还能怎么排呢?我记得你跟我们讲过,所有的碳原子都是相似的,都是六个质子和六个电子,化学性质都一样,那它们组成的东西怎么会不一样呢?”

“哈哈,有不少同学都这么想,但不要忘记了,碳原子一样,但是碳原子和碳原子之间的连接方式可以完全不同哦。比如金刚石当中碳原子和周围的碳原子连接形成一个立体结构,而石墨当中碳原子和周围碳原子构成一个平面结构。”

“这个石墨的形状让我想起来蜂巢,完美的六边形将整个平面铺满,好漂亮”许欢感叹道。

“是啊,这种形状有利于碳原子和碳原子之间形成稳定的连接,而且石墨层与层之间只有微弱的分子间作用力,每层石墨上都有自由移动的电子”

“所以石墨才可以做电极对吗?”

“不仅仅是电极,还可以做成令城市电网迅速瘫痪的“石墨炸弹”,在军事上石墨也有着极其重要的战略意义。当然,在生活当中,石墨最常见的用途,还是和石墨做成铅笔芯。”我总结道。

“那老师,金刚石一般用来做什么?”她好奇地问。

“金刚石最出名的用途就是将它加工成为钻石,著名的广告语"钻石恒久远,一颗永流传"就这么来的。”

"婚戒不都是钻戒吗?对了老师,万一家里边着火钻石会留下来吗?"

"当然不会了,和普通的碳没有什么区别,它一样可以燃烧生成二氧化碳。"

"所以一旦失火就烧没了?"许欢惊愕地捂着双脸,仿佛听到了极为奇特的消息。

"是啊,百分百回归大自然。"我笑着说道,"所以家里真的能够耐得住火的贵重物品,基本就算得上金制品了。"

"啊,那我还是不做钻石了,那碰巧烧一下我还不知道多心疼。"许欢一脸的心疼。

“美好的事物总是容易消逝,如同天边飘散的浮云。”我淡淡地说道,“最重要的是,你可以从万物的变化当中领悟到基本的规律。碳是地球上最重要的生命组成元素,这个有着四个最外层电子的原子可以同时最多与四个原子交联,你知道这意味着什么?”

她摇了摇头。

"意味着无限的可能性,碳原子伸出的四个化学键将不同的原子连接在一起,形成了各种各样的有机物分子,这些分子被一层膜包裹起来,就形成了最初的单细胞生命体。"我眯着眼睛,眼前浮现出的,是若干年前地球生命起源的混沌时刻。

“你知道吗?碳原子构成了核酸和蛋白质的基本骨架,而这些分子又构成了细胞,细胞再构成我们自然界一个个奇特的生物个体,我们人体就可以看成是各种各样物质的混合。”

“这么神奇吗?”她惊讶道。“为什么我们要选择碳而不是其他的元素比如氧作为生命的基础?”

“这是个很好的问题,我也为此寻找了很多资料,我个人的观点是,碳原子之所以如此幸运,第一是它最外层四个电子,可以成四根共价键,这决定了碳具有形成网状结构大分子的潜力,而我们生命中重要组成成分蛋白质、DNA等物质无一不是大分子。第二,除了碳之外,硅也有形成四根共价键的能力,那为什么是碳而不是硅构成了我们的生命呢?这是因为碳原子的半径小,两个原子之间容易形成双键,而硅原子之间一般只能形成单键,因此碳原子形成的分子的形态要远远多于硅原子,生命选择碳原子做基本的构成原子,并不是出于偶然,而是经过无数次尝试之后的最佳选择。”我笑着向她补充道,很久没有同学这么深入地问过我这个问题了,我感到很开心。

“原来是这样啊,老师,你之前不是跟我们说过,很多的原子都有兄弟姐妹吗?我想,碳原子会不会也存在着跟它中子数不同的原子呢?”她急切地问道。

“哈哈,当然有了,现在已知的碳原子存在十五种同位素,其中碳最多的6个质子,6个中子的碳-12原子,另外碳-14原子的知名度也很高,所有的教材都会提到这么一个同位素,因为碳-14具有放射性,经常用于检测古代文物、尸体的年代,很多关于墓葬的科考文献当中对于墓地出土文物年代的鉴定都要借助碳-14。”我哈哈一笑,补充道。

“碳原子真是太厉害了,不仅仅可以创造生命,还可以追溯历史,从过去到未来,一直贯穿到我们人类全部的发展历史。”她喃喃自言自语道。

“是啊,在我看来,碳原子就是原子界的豹子头林冲,统率群雄,没有它其他的原子就是一盘散沙,有了碳原子,这些原子才可以成为地球上构成所有生命的分子,我们的世界因此才会多姿多彩。更加神奇的是,这个原子构成了地球上最坚硬的单质,也是所有有机生命体的核心部件,甚至很多高分子材料比如碳纤维当中,也可以看到它的影子,在我们所有的元素当中,再也找不出可塑性如此之强的元素了。“我也有所感触,惊叹地说道。

”哈哈,老师,你不觉得碳原子也特别像海贼王里边的草帽路飞吗?天生就是王者,身边的人不自觉地向他身边聚集,不知不觉就创造了一个世界。“

”你这个比喻也很有意思,前几天我和儿子一起看海贼王的时候,还在想这里边的人物有没有和化学元素之间的关联,却被你先想到了,许欢你很有学化学的天赋啊。“

”为什么这么讲呢?“

”因为学习化学,最重要的是持续的兴趣和好奇心,而兴趣的来源就是我们无穷无尽的想象力。“我眯着眼睛,回答道,”所有有着想象力的学习都是令人印象深刻的,而化学这门学科的知识点太过于零散,需要我们像集邮一样将它们耐心地串在一起,这一切没有兴趣驱动是无法完成的。“

我话锋一转,笑着对她说道,“所以,你很有学习化学的天赋,好好努力。”

“哈哈,想不到老师你还拐弯抹角地鼓励我,都说老师你平时挺严肃,想不到你还会鼓励人。”她嘻嘻笑道。

“哪里的话,我可是我们化学科目的笑点担当,好了,快上课了,你赶紧回教室上课去吧。”

“好,老师,这回天心的小说又有素材了,我一定要让她请我喝奶茶。再见,老师!”说着她跑出了办公室,消失在了走廊的拐角。

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