Corps simple non métallique ; élément (C) de numéro atomique 6 et de masse
atomique 12,01.
Le carbone réagit avec de nombreux éléments, et beaucoup de ces combinaisons
entrent dans la constitution des organismes vivants. L'étude de ces composés,
naturels ou de synthèse, forme un domaine important de la chimie appelé chimie
organique. Le carbone se combine aussi à de nombreux métaux, d'où son
importance dans les processus métallurgiques.
Parmi les variétés allotropiques du carbone, seules sont bien définies celles
qui sont cristallisées (diamant et graphite) et constituent du carbone quasi
pur. Dans le diamant, les atomes de carbone, disposés selon des tétraèdres,
sont équidistants les uns des autres, ce qui confère une grande dureté au
cristal. Dans le graphite, les atomes sont disposés en couches, où ils forment
un réseau hexagonal régulier. Le carbone amorphe se trouve dans les charbons
naturels et artificiels.
Le carbone a généralement la valence 4. Pour représenter les formules des
composés organiques saturés, on admet que l'atome de carbone est au centre d'un
tétraèdre régulier dont les sommets sont occupés par 4 atomes ou 4 radicaux
univalents.
L'hydrogène réagit sur le carbone en donnant des hydrocarbures. L'oxygène,
lors de la combustion, donne, selon les cas, du gaz carbonique (CO2) ou du
monoxyde de carbone (CO). Le soufre réagit en formant du sulfure de carbone,
employé comme solvant et dans la fabrication de la viscose. L'azote donne
naissance à un cyanure. Le silicium et le bore donnent des carbures très durs
SiC (abrasif) et B6C. Enfin, le carbone se combine à un grand nombre de
métaux : le carbure de fer Fe3C est un constituant des fontes.
Utilisations du carbone : charbon activé (propriétés absorbantes), fibres
(matériaux composites), métallurgie (réduction des oxydes métalliques),
carbochimie (via la cokéfaction de la houille).
Utilisations du diamant : joaillerie, outils de coupe (usinage des métaux,
forage des roches, etc.).
Utilisations du graphite : charbons des lampes à arc, électrodes, balais de
dynamos (propriétés conductrices), lubrifiants (résistance à la chaleur), mines
de crayons, pigments de peintures (propriétés colorantes), modérateur dans les
réacteurs nucléaires (ralentisseur de neutrons).
Le carbone 14 est produit dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement
cosmique et rapidement oxydé en gaz carbonique ; il pénètre dans les végétaux
(par la photosynthèse) ou les animaux (suite au métabolisme), où son activité
spécifique reste constante. Dès la mort de l'organisme, cette activité diminue
par désintégration radioactive de période 5 734 ans (la demi-vie), et sa mesure
précise permet ainsi la datation d'échantillons d'origine organique.
Cette datation ne peut toutefois remonter au-delà de 50 000 ans.
La datation au carbone 14 a été inventée en 1950 par le physicien américain
Willard Franck Libby, ce qui lui a valu le prix Nobel en 1960.
Les "pourritures blanches" (une classe de champignons) auraient stoppé il y a
300 millions d'années la formation des gisements de charbon, grâce à une enzyme
lui permettant de digérer la lignine du bois [01/2013].
Pour limiter l'effet de serre, les chercheurs tentent de piéger le CO2 afin de
le convertir en méthanol, qui servirait alors de combustible.
Une équipe du laboratoire nationale d'Argone (Illinois, USA), est parvenue à
piéger le CO2 avec des tétramères de cuivre : des groupements de 4 atomes de
cuivre fixés sur un film d'oxyde d'aluminium, formant un catalyseur qui se
révèle la solution la plus efficace aujourd'hui pour piéger le CO2 [09/2015].
Placé dans un environnement radioactif, un diamant synthétique produit un
faible courant électrique, comme l'on découvert des chercheurs de l'Université
de Bristol (Royaume-Uni), qui envisage d'utiliser les déchets nucléaires comme
source d'énergie [01/2017] !
Une nouvelle forme du carbone vient d'être synthétisée par les chercheurs d'IBM
Zurich et de l'université d'Oxford (Royaume-Uni) : dénommée "cyclocarbone", il
s'agit d'une molécule circulaire de 18 atomes et qui présente des propriétés
semi-conductrices qui devrait permettre de fabriquer des circuits électroniques
ultraminiaturisés [10/2019].
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