Formule chimique

C

Sujets couverts

Contexte
Informations de base sur le Carbone
Occurrence du Carbone
Carbone et nanotechnologie
Isotopes
Production de Carbone
Aspects sanitaires du Carbone
Propriétés clés du Carbone
Applications du carbone

Contexte

Depuis la préhistoire, les humains sont conscients de la présence de carbone. Quand les gens de la grotte ont fait un feu, ils ont vu la formation de fumée. La couleur de la fumée noire est indicative des particules de carbone provenant de matériaux imbrûlés.

Plus tard, l’huile a été utilisée comme carburant pour les lampes. La combustion de l’huile a entraîné la libération de carbone, qui a formé un revêtement de suie à l’intérieur de la lampe. Ce revêtement de suie est devenu connu sous le nom de noir de lampe. Le noir de lampe a été mélangé avec de la gomme baumier ou de l’huile d’olive pour faire de l’encre.

Le charbon de bois est la forme la plus courante de carbone. Le bois lorsqu’il est chauffé en l’absence d’air, en particulier d’oxygène, entraîne la formation de charbon de bois. Le physicien français René Antoine Ferchault Réaumur, s’est rendu compte que le carbone pouvait être un élément et a publié des travaux à cet effet en 1722. La classification officielle du carbone a eu lieu à la fin du 18ème siècle. Il a été initialement nommé Carbone basé sur le terme latin précédent pour charbon de bois, charbon.

Il y a près de dix millions de composés carbonés et la « chimie organique » est une branche de la chimie qui traite de l’étude de ces composés carbonés. Voici quelques composés carbonés courants:

• Acetic acid (CH3COOH)
• Ethyl alcohol (C2H5OH)
• Acetylene (C2H2)
• Benzene (C6H6)
• Methane (CH4)
• Ethylene (C2H4)
• Carbon tetrachloride (CCl4)
• Chloroform (CHCl3)
• Carbon dioxide (CO2)
• Carbon monoxide (CO)
• Carbon disulfide (CS2)

Basic Information of Carbon

Table 1. Basic Properties of Carbon

Occurrence of Carbon

Almost 18% of an individual’s body weight is due to carbon. Le carbone est le deuxième élément le plus commun dans le corps humain, le quatrième élément le plus commun dans le système solaire, le sixième élément le plus commun dans l’univers et le 17e élément le plus commun dans la croûte terrestre. Le carbone se trouve dans des minéraux tels que le magnésium (MgCO3) et le carbonate de calcium (CaCO3) et se présente rarement sous forme de graphite et de diamant. Le carbone se présente également sous forme de dioxyde de carbone (CO2) présent dans l’atmosphère. Bien que le dioxyde de carbone ne constitue qu’une petite partie de l’atmosphère, c’est un gaz très crucial car il est utilisé pour la photosynthèse. Quelques variétés de charbon sont presque du carbone pur. Le gaz naturel, le charbon et le pétrole contiennent du carbone. Le gaz naturel et le pétrole sont tous des hydrocarbures composés d’hydrogène et de carbone.

Carbone et nanotechnologie

Alors que les allotropes du carbone tels que le graphite et le diamant sont connus depuis des siècles, d’autres allotropes tels que les nanotubes de carbone, le graphène et le buckminsterfullerène ont été découverts plus récemment. Ceux-ci ont joué un rôle important dans le développement du domaine des nanotechnologies.

En termes de base, ils peuvent être décrits comme:

• Graphène – Une feuille unique d’atomes de carbone disposés selon un motif hexagonal, de sorte que tous les atomes de carbone sont liés à 3 autres atomes de carbone
• Nanotubes de carbone – Un tube fabriqué à partir d’une feuille de graphène (nanotubes de carbone à paroi unique). Les variantes comprennent des tubes fermés à une ou aux deux extrémités, et des tubes réalisés par laminage de feuilles de graphène de telle sorte qu’elles aient plusieurs couches d’épaisseur (nanotubes de carbone à parois multiples).
• Buckminsterfullerene – Parfois appelés buckyballs, ils se composent normalement de 60 atomes de carbone liés ensemble pour former une structure sphérique avec 20 faces hexagonales et 12 faces pentagonales.

Isotopes

Le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14 sont les trois isotopes du carbone présents naturellement.

Le carbone 14 est radioactif et est utilisé pour mesurer l’épaisseur d’objets, par exemple des tôles d’acier. Il est également utilisé dans la « datation au carbone » d’échantillons archéologiques où les scientifiques utilisent la demi-vie du carbone 14 pour déterminer l’âge des échantillons.

Production de carbone

Le graphite, le diamant et d’autres formes de carbone sont directement obtenus dans les mines. Les diamants synthétiques peuvent être produits lorsque le carbone pur est soumis à des températures et des pressions extrêmement élevées. Aujourd’hui, environ 1/3 de tous les diamants sont produits de manière synthétique.

Aspects du carbone sur la santé

Le carbone est absolument essentiel à la vie et presque toutes les molécules d’un organisme vivant contiennent du carbone. Le carbone a également quelques effets néfastes sur les organismes vivants. Le poumon noir, par exemple, est une maladie développée chez les mineurs de charbon. Le poumon du mineur développe une couleur noire qui est causée par l’inhalation de poussière de charbon par le mineur. Cette poussière de charbon bloque les petits trous par lesquels l’oxygène pénètre dans les poumons, ce qui entraîne des difficultés respiratoires pouvant, dans le pire des cas, entraîner la mort.

Propriétés clés du carbone

• Le carbone brûle dans l’air pour former du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.
• Le carbone réagit avec l’oxygène mais ne réagit pas et ne se dissout pas dans les acides, l’eau et d’autres matériaux de ce type.
• Le carbone a la capacité de développer de longues chaînes, qui sont pratiquement infinies. Par exemple, les molécules de plastique ont une longue chaîne d’atomes de carbone liés les uns aux autres et certaines d’entre elles ont également des chaînes latérales.
• Le carbone est présent sous de nombreuses formes allotropes. Le graphite et le diamant sont des allotropes qui possèdent des structures cristallines. Les allotropes sans structures cristallines sont soit sans forme, soit amorphes.
• Le coke, le charbon de bois, les allotropes de carbone et le noir de fumée sont des allotropes non cristallins.

Applications du carbone

Le graphite et les diamants sont deux allotropes importants du carbone qui ont de larges applications.

Les diamants sont chers et attrayants et sont donc utilisés dans les bijoux haut de gamme. Les diamants industriels sont utilisés pour couper, polir et broyer le verre en raison de leur dureté extrême.

Graphite utilisé dans:

• Centrales nucléaires pour aider à ralentir les neutrons dans une réaction nucléaire
• Graphite utilisé dans les crayons de plomb
• Le graphite est utilisé comme lubrifiant pour les machines et les pièces mécaniques
• Les réfractaires au graphite sont utilisés lorsque des revêtements de four non mouillants sont nécessaires et que l’oxydation n’est pas un problème, par exemple. dans la production d’aluminium et dans les fours à vide

Le carbone amorphe trouve également une variété d’applications telles que:

• Pneus en caoutchouc
• Encres
• Pigments
• Disques phonographiques
• Vernis pour poêle
• Rubans pour machine à écrire.