Carbone 767 31552856 2008-07-13T20:06:36Z Synthebot 218559 robot Ajoute: [[mt:Karbonju]] {{voir homonymes|Carbone (homonymie)}} {{Élément/Carbone}} Le '''carbone''' est un [[élément chimique]] de la famille des [[cristallogène]]s, de symbole '''C''', de [[numéro atomique]] '''6''' et de [[masse atomique]] 12,0107. == Historique et étymologie == [[Image:Rough diamond.jpg|thumb|left|Le diamant, une des formes cristallines les plus recherchées du carbone]] Le carbone a été découvert dès la préhistoire et était produit par la combustion incomplète des matières organiques produisant du [[Houille|charbon]]. Il était également connu sous sa forme [[diamant]], les diamants naturels pouvant se trouver dans la [[kimberlite]] des cheminées d'anciens volcans, notamment en Afrique du Sud et dans l'Arkansas. On peut parfois trouver des diamants microscopiques dans certaines météorites. Le nom ''carbone'' vient du latin ''carbo'', ''carbōnis'' signifiant « charbon ». Il n'apparaît dans le dictionnaire de l'Académie française, qu'à sa 6{{e}} édition (1832-5). == Nucléosynthèse == L'élément carbone n'est pas directement issu du [[Big Bang]] ([[nucléosynthèse primordiale]]), car les conditions de sa formation n'étaient pas réunies (la dilatation et le refroidissement de l'[[univers]] ont été trop rapides). Le carbone est en revanche produit en masse dans le cœur des [[étoile]]s très massives, dites de la [[diagramme de Hertzsprung-Russell|branche horizontale]], où trois noyaux d'[[hélium]] [[fusion nucléaire|fusionnent]] ([[réaction triple alpha]]). {{Article détaillé|nucléosynthèse}} == Chimie == ===Carbone pur=== Le carbone pur est présent dans la nature dans deux formes courantes : *le [[graphite]], empilement de [[structure cristalline|structures cristallines]] hexagonales et monoplanes ([[graphène]]s, et de couleur grise, c'est de loin la forme la plus courante), *le [[diamant]], de structure cristalline tétraédrique (structure type « [[diamant (cristal)|diamant]] ») et transparent. Des formes plus rares constituent les [[fullerène]]s, découvertes dans les années 1980 et les [[nanotube de carbone|nanotubes de carbone]]. === Structure électronique === Le carbone comporte quatre [[électron]]s sur sa couche externe ((K)2 (L)4)(2s{{exp|2}}, 2p{{exp|2}}) et peut former deux à quatre liaisons <math>\sigma</math> s'il a quatre voisins ou une à deux liaisons <math>\pi</math>&nbsp;(il fera une liaison <math>\sigma</math> par liaison simple, double ou triple une liaisons <math>\pi</math> par double liaisons et deux liaisons <math>\pi</math> par triples liaisons): il s'agit donc d'un élément [[tétravalence|tétravalent]] (sauf dans le cas de certaines réactions intermédiaires ou dans la famille des ''carbènes'', à carbone divalent, les deux électrons 2s participent à la liaison car l'un d'eux est déplacé sur la couche P pour qu'elle soit à demi remplie ce qui augmente la stabilité de ce dernier). Il a une grande affinité pour d'autres [[atome]]s légers, dont lui-même, et sa petite taille lui permet de former de multiples liaisons par [[hybridation (chimie)|hybridation]] de ses orbitales (sp ou « triple liaison » linéaire, sp{{exp|2}} ou « double liaison » planaire avec des angles de {{unité|120|°}}, sp{{exp|3}} ou « simple liaison » tétraédrique) : cela explique la multitude de composés à base de carbone dont l'étude constitue la [[chimie organique]]. === Formes courantes de carbones non purs=== La forme la plus connue du carbone est le [[dioxyde de carbone]] CO{{ind|2}}, qui est l'un des composants minoritaires de l'atmosphère [[terre]]stre (arrivant en quatrième position avec environ 0,03&nbsp;% mais loin derrière d'[[azote]] 78,11&nbsp;%, l'[[oxygène]] 20,953&nbsp;% et l'[[argon]] 0,934&nbsp;%) produit et métabolisé par les êtres [[vie|vivants]], l'industrie, les voitures et les centrales thermiques. Sa concentration a été multipliée par trois en un siècle. Il possède deux modes de vibration qui interagissent avec l'[[infrarouge]]. On comprend aisément pourquoi il est responsable lui aussi de l'effet de serre. Le CO{{ind|2}} est un composé majoritaire de l'atmosphère d'autres planètes comme [[Vénus (planète)|Vénus]]. Dans l'eau, il forme de très faibles quantités d'[[acide carbonique]], H{{ind|2}}CO{{ind|3}}, qui produit des [[ion]]s [[carbonate]] CO{{ind|3}}{{exp|2-}} ou [[hydrogénocarbonate]] (''bicarbonate'') HCO{{ind|3}}{{exp|-}}. Beaucoup de minéraux sont des carbonates, notamment les diverses formes de calcaire ([[calcite]], [[craie]], [[marbre]]…). On connaît les propriétés thérapeutiques du bicarbonate de sodium NaHCO{{ind|3}}. Il possède deux autres formes connues qui sont le graphite et le diamant. On le retrouve aussi dans les [[nanotube]]s de carbone qui sont d'excellents dopants mécaniques utilisés pour les ailes d'avions, par exemple afin d'améliorer leur dureté tout en conservant une bonne flexibilité. === Dangers du carbone et de ses composés === [[Image:Eight Allotropes of Carbon.png|thumb|left|200px|Selon leur forme et leur taille, les assemblages de carbone peuvent interagir avec les systèmes biologiques.]] Le (di)[[sulfure de carbone]] CS{{ind|2}}, quoique de structure similaire au dioxyde de carbone, est un liquide hautement toxique utilisé comme [[solvant]] ([[vulcanisation]] du caoutchouc). Les autres oxydes de carbone sont le [[monoxyde de carbone]] CO, et le suboxyde de carbone C{{ind|3}}O{{ind|2}}, moins commun. Le [[monoxyde de carbone]] est un gaz incolore et inodore, formé par [[combustion]] incomplète des composés organiques ou du carbone pur (charbon). Il possède une structure semirésonante, la longueur de sa liaison (111&nbsp;pm) indiquant une nature hybride, ce qui conduit à le représenter par la formule : <math>\left[\ \mathrm{C}^-\equiv \mathrm{O}^+ \quad\leftrightarrow\quad \mathrm{C=O} \quad\leftrightarrow\quad \mathrm{C}^+-\mathrm{O}^-\ \right]</math> Le [[monoxyde de carbone]] s'attache de préférence à l'oxygène, à l'[[hémoglobine]] sanguine pour former de la carboxyhémoglobine, un composé stable. Le résultat de cette réaction est l'empoisonnement des molécules d'[[hémoglobine]], ce qui peut être mortel (voir l'entrée en question). L'ion [[cyanure]] CN{{exp|-}} et un comportement chimique similaire à un ion [[halogénure]]. Les sels contenant l'ion cyanure sont hautement toxiques. Le cyanogène, un gaz de composition (CN){{ind|2}} est également proche des [[halogène]]s. Avec les métaux, le carbone forme des carbures C{{exp|4-}} ou des acétylures C{{ind|2}}{{exp|2-}}. Quoi qu'il arrive, avec une électronégativité de 2,5, le carbone préfère former des [[liaison covalente|liaisons covalentes]]. Quelques carbures sont des treillis covalents, comme le [[carbure de silicium]], SiC, qui ressemble au [[diamant]], et est d'ailleurs utilisé pour la taille de ceux-ci. Les [[nanotechnologie]]s permettent de produire des molécules particulières, dont les [[fullerène|fullerènes]], et des nanofils ou [[nanotube|nanotubes]] difficiles à filtrer dans l'air et qui peuvent passer à travers les muqueuses et percer les enveloppes cellulaires. Certains craignent des effets différés comme on en a trouvé pour l'[[amiante]]. === Hydrocarbures === On appelle {{guil|[[hydrocarbures]]}} les molécules associant carbone et [[hydrogène]]. On classe les hydrocarbures en trois familles&nbsp;: * les alcanes, où le carbone forme des liaisons sp{{exp|3}} (« simples ») : méthane CH{{ind|4}}, éthane C{{ind|2}}H{{ind|6}}, etc. ; * les alcènes, où au moins un carbone forme des liaisons sp{{exp|2}} (« double ») : éthylène C{{ind|2}}H{{ind|4}}, propène C{{ind|3}}H{{ind|6}}, etc. ; * les alcynes, où au moins un carbone forme des liaisons sp (« triple ») : acétylène C{{ind|2}}H{{ind|2}}, propyne C{{ind|3}}H{{ind|4}}, etc. Suivant le nombre d'atomes de carbone, on fait précéder le suffixe -ane, -ène ou -yne : # méth- # éth- # prop- # but- # pent- # hex- # hept- # oct- # non- # déc- Seul le carbone sp{{exp|3}} donne lieu à des liaisons mobiles. Les autres liaisons, sp ou sp{{exp|2}} sont rigides : la liaison double sp{{exp|2}} est planaire, chacune des deux autres liaisons formant un angle de 120°, la liaison triple est linéaire. Cela conduit à la formation d'[[énantiomère|énantiomère]], c'est-à-dire de corps ayant la même formule chimique mais des conformations spatiales différentes. En outre, le carbone sp{{exp|3}} peut former des composés asymétriques, il apparaît alors un phénomène de ''chiralité'' (du grec ̔η χείρ, la main, les molécules sont symétriques l'une de l'autre selon un plan de symétrie, comme nos deux mains). Dans les [[hydrocarbure aromatique|hydrocarbures aromatiques]], les atomes de carbone forment des cycles ou ''noyaux'' stabilisés par des liaisons π délocalisées. Ils se mélangent dans diverses formes de carbone pur. Il y a encore plus de dérivés hydrocarbonés, comme par exemple les [[halogénure]]s, les [[alcool (chimie)|alcools]] et les [[acide carboxylique|acides carboxyliques]]. ==Allotropes== {{Article_détaillé|Allotropie}} [[Image:Carbon basic phase diagram.png|thumb|Diagramme de phases simplifié du carbone : phases en fonction de la pression et de la température.]] Dans les conditions de [[pression]] normales, le carbone est sous la forme [[graphite]], dans laquelle chaque atome est lié à trois autres dans une couche d'anneaux hexagonaux fusionnés, comme ceux des composés [[aromatique]]s hydrocarbonés. Grâce à la délocalisation des orbitales <math>\pi</math>, le graphite conduit l'[[électricité]]. Le graphite est mou, car les liaisons chimiques entre les plans sont faibles (2&nbsp;% de celles des plans) et les couches glissent donc facilement les unes par rapport aux autres. Sous très haute pression, le carbone cristallise dans un système cubique à face centrée nommé [[diamant]], dans lequel chaque atome est lié à quatre autres (distance interatomique de 136&nbsp;pm). Le [[diamant]], grâce à la résistance des liaisons carbone-carbone, est, avec le [[nitrure de bore]], la matière la plus dure à rayer. À température ambiante, la métamorphose en [[graphite]] est si lente qu'elle paraît invisible. Sous certaines conditions, le carbone se cristallise en [[lonsdaleite]], une forme similaire au diamant mais hexagonale. De toutes les [[pierres précieuses]], le [[diamant]] est la seule à se consumer complètement. En plus du graphite (pur sp{{exp|2}}) et du diamant (pur sp{{exp|3}}), le carbone existe sous forme amorphe et hautement désordonnée (a-C). Ces formes amorphes du carbone sont un mélange de sites à trois liaisons de type graphite ou à quatre liaisons de type diamant. De nombreuses méthodes sont utilisées pour fabriquer du a-C&nbsp;: pulvérisation, évaporation par faisceau d'[[électron]]s, dépôt à l'arc électrique, ablation laser... [[Image:Kohlenstoffnanoroehre Animation.gif|thumb|left|200px|Nanotube de carbone]] Le carbone se [[sublimation (physique)|sublime]] à {{unité|4100|[[Kelvin|K]]}}. Sous forme gazeuse, il se constitue habituellement en petites chaînes d'atomes appelées [[carbynes]]. Refroidies très lentement, celles-ci fusionnent pour former les feuilles graphitiques irrégulières et déformées qui composent la [[suie]]. En particulier, parmi ces dernières, on trouve des formes où les feuilles sont pliées dans une forme stable et close comme une [[sphère]] ou un tube, appelées fullerènes, comme le buckminsterfullerène, C{{ind|60}}. Certaines de ces formes sont aussi connues sous le nom de « footballène » et ont des propriétés qui n'ont pas encore été toutes analysées, mais apparaissent comme des structures extrêmement rigides. Les formes cylindriques du carbone sont appelées nanotubes et ont été découvertes dans le culot se formant à la [[cathode]] de l'arc électrique durant la synthèse de fullerènes. Ces objets de diamètre [[nanomètre|nanométrique]] et de longueur atteignant parfois le millimètre se présentent comme des couches de [[graphite|graphène]] enroulées sur elles-mêmes. Les nanotubes fabriqués par la méthode de l'arc électrique sont presque tous « multifeuillets ». Conjointement à ces nanotubes, on observe un grand nombre de [[nanoparticule]]s polyédriques. Les observations en [[Microscopie électronique en transmission|microscopie électronique en transmission haute résolution]] ({{en}} [[HRTEM]] : ''High-resolution Transmission Electron Microscopy'') révèlent que ces nanoparticules de carbone sont constituées de plusieurs couches de graphène, fermées, laissant une cavité nanométrique en leur centre. Et enfin, les [[oignon de carbone|oignons de carbone]] sont à la base des fullerènes multicouches. ==Isotopes== Le carbone possède deux [[isotope]]s stables dans la nature, {{exp|12}}C (98,89&nbsp;%) et {{exp|13}}C (1,11&nbsp;%). Le [[radioisotope]] {{exp|14}}C a une [[période radioactive|période]] de 5&nbsp;730 ans et est couramment utilisé pour la [[datation au carbone 14|datation]] d'objets [[archéologie|archéologiques]] jusqu'à 50&nbsp;000 ans. Il ne sera d'aucune utilité pour les archéologues de demain intéressés par les trésors de la civilisation actuelle car les explosions thermonucléaires réalisées dans l'atmosphère à partir des [[années 1960]] ont créé des excès considérables. Le [[radioisotope]] {{exp|11}}C a une [[période radioactive|période]] de 20&nbsp;minutes. Cette courte période et la relative facilité de substituer un atome de {{exp|11}}C à un atome de carbone {{exp|12}}C (stable) en font un isotope utilisé en [[médecine nucléaire]], notamment en [[tomographie à émission de positon]]. Les radiotraceurs les plus utilisés à ce jour sont le {{exp|11}}C-Raclopride qui se fixe préférentiellement sur les récepteurs dopaminergiques D2, et le {{exp|11}}C-Acétate utilisé en imagerie cardiaque. ==Notes et références== {{Références | colonnes = 2}} == Voir aussi == {{Autres projets| commons=Category:Carbon| wikt=carbone| <!--Wiktionnaire--> v=| <!--Wikiversité--> b=| <!--Wikilivre--> s=| <!--Wikisource--> q=| <!--Wikiquote--> n=| <!--Wikinews--> }} ===Liens internes=== <div style='-moz-column-count:2; -moz-column-gap:10px;'> * [[Alcane]] * [[Alcène]] * [[Alcyne]] * [[Carboréduction]] * [[Cycle du carbone]] * [[Cycle carbone-azote-oxygène]] * [[Datation par le carbone 14]] * [[Effet de serre]] * [[Hydrocarbure]] * [[Tableau périodique des éléments]] </div> ===Liens externes=== *{{en}} [http://pearl1.lanl.gov/periodic/elements/6.html Los Alamos National Laboratory - Carbon] *{{en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/index.html WebElements.com - Carbon] *{{en}} [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/C.html EnvironmentalChemistry.com - Carbon] *{{en}} [http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/c.html Schenectady County Community College - Carbon] {{ElementsChimiques}} {{portail chimie}} {{Lien AdQ|pt}} {{Lien AdQ|sk}} {{Lien BA|es}} [[Catégorie:Carbone|*]] {{Lien AdQ|lmo}} [[af:Koolstof]] [[als:Kohlenstoff]] [[ar:كربون]] [[ast:Carbonu]] [[az:Karbon]] [[bat-smg:Onglis]] [[be:Вуглярод]] [[bg:Въглерод]] [[bn:কার্বন]] [[bs:Karbon]] [[ca:Carboni]] [[co:Carboniu]] [[cs:Uhlík]] [[cy:Carbon]] [[da:Carbon]] [[de:Kohlenstoff]] [[el:Άνθρακας]] [[en:Carbon]] [[eo:Karbono]] [[es:Carbono]] [[et:Süsinik]] [[eu:Karbono]] [[fa:کربن]] [[fi:Hiili]] [[fur:Carboni]] [[ga:Carbón]] [[gd:Gualan]] [[gl:Carbono]] [[gu:કાર્બન]] [[gv:Carboan]] [[he:פחמן]] [[hi:कार्बन]] [[hr:Ugljik]] [[hsb:Wuhlik]] [[ht:Kabòn]] [[hu:Szén]] [[hy:Ածխածին]] [[ia:Carbon]] [[id:Karbon]] [[io:Karbo]] [[is:Kolefni]] [[it:Carbonio]] [[ja:炭素]] [[jbo:tabno]] [[jv:Karbon]] [[kn:ಇಂಗಾಲ]] [[ko:탄소]] [[ksh:Kohlenstoff]] [[ku:Karbon]] [[la:Carbonium]] [[lb:Kuelestoff]] [[li:Koolstof]] [[lmo:Carbòni]] [[ln:Kaboni]] [[lt:Anglis]] [[lv:Ogleklis]] [[map-bms:Karbon]] [[mi:Waro]] [[mk:Јаглерод]] [[ml:കാര്‍ബണ്‍]] [[mn:Нүүрстөрөгч]] [[mr:कार्बन]] [[ms:Karbon]] [[mt:Karbonju]] [[myv:Седь]] [[nah:Tecolli]] [[nds:Kohlenstoff]] [[nl:Koolstof]] [[nn:Karbon]] [[no:Karbon]] [[nov:Karbo]] [[oc:Carbòni]] [[pl:Węgiel (pierwiastek)]] [[pt:Carbono]] [[qu:K'illimsayaq]] [[ro:Carbon]] [[ru:Углерод]] [[scn:Carbòniu]] [[sh:Ugljenik]] [[simple:Carbon]] [[sk:Uhlík]] [[sl:Ogljik]] [[sq:Karboni]] [[sr:Угљеник]] [[su:Karbon]] [[sv:Kol]] [[sw:Kaboni]] [[ta:கரிமம்]] [[te:కార్బన్]] [[tg:Карбон]] [[th:คาร์บอน]] [[tl:Karbon]] [[tr:Karbon]] [[uk:Вуглець]] [[uz:Uglerod]] [[vi:Cacbon]] [[vls:Carboun]] [[wa:Carbone]] [[wuu:碳]] [[yi:קוילנשטאף]] [[zh:碳]] [[zh-min-nan:C (goân-sò͘)]] [[zh-yue:碳]]