Carbone

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Carbone
Image illustrative de l'article Carbone
Du graphite (à gauche) et du diamant (à droite), les deux allotropes du carbone les plus connus
BoreCarboneAzote
   
 
6
C
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
C
Si
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom Carbone
Symbole C
Numéro atomique 6
Famille d'éléments Non-métal
Groupe, période, bloc 14, 2, p
Masse volumique 1,8 à 2,1 g·cm-3 (amorphe),

1,9 à 2,3 g·cm-3 (graphite),
3,15 à 3,53 g·cm-3 (diamant),
3,513 g·cm-3 (diamant gemme, 25 °C) [3]

Dureté 0,5
Couleur Noir (graphite)
No CAS 7440-44-0 [4]
Propriétés atomiques
Masse atomique 12,01074 ± 0,0008 u [3], [5]
Rayon atomique (calc) 70 pm (67 pm)
Rayon de covalence sp3 76 ± 1 pm [6]

sp2 73 ± 2 pm [6]
sp 69 ± 1 pm [6]

Rayon de van der Waals 150 pm [7]
Configuration électronique [ He] 2 s2 2 p2
Électrons par niveau d’énergie 2, 4
État(s) d’oxydation -4, 0, +4, +2
Oxyde Acide faible
Système cristallin Hexagonal [1] (graphite)
Cubique diamant [2] (diamant)
Propriétés physiques
État ordinaire Solide diamagnétique
Point d’ébullition 3 825 °C (sublimation) [3]
Énergie de vaporisation 355,8 kJ·mol-1
Point triple 4 489 °C, 10 800 kPa
Volume molaire 5,29×10-6 m3·mol-1
Vitesse du son 18 350 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité ( Pauling) 2,55
Chaleur massique 710 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 61×103 S·m-1
Conductivité thermique 129 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation [8]
1re : 11,26030 eV 2e : 24,3833 eV
3e : 47,8878 eV 4e : 64,4939 eV
5e : 392,087 eV 6e : 489,99334 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
12C 98,93 % stable avec 6 neutrons
13C 1,07 % stable avec 7 neutrons
14C trace 5 730 ans β- 0,156 14 N
Précautions
SIMDUT [9]

Produit non contrôlé

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le carbone est l' élément chimique de numéro atomique 6, de symbole C. Il possède trois isotopes naturels : 12C, 13C et 14C ; les deux premiers sont stables tandis que le troisième est radioactif de demi-vie 5 730 années.

Le carbone est la tête de file du groupe des cristallogènes. Le corps simple carbone présente plusieurs formes allotropiques dont principalement le graphite et le diamant. L'élément carbone forme divers composés inorganiques comme le dioxyde de carbone CO2 et le méthane CH4, et une grande variété de composés organiques et de polymères. C'est l'élément de base de toutes les formes de vie connues.

Le carbone est le 4e élément le plus abondant dans l'univers et le 15e le plus abondant dans la croûte terrestre. Il est présent sur Terre à l'état de corps simple ( charbon et diamants), de composés inorganiques (CO2 et CH4) et de composés organiques ( biomasse, pétrole et gaz naturel). De nombreuses structures basées sur le carbone ont également été synthétisées : charbon actif, noir de carbone, fibres, nanotubes, fullerènes et graphène.

La combustion du carbone sous toutes ses formes a été le fondement du développement technologique dès la préhistoire. Les matériaux à base de carbone ont des applications dans de nombreux autres domaines : matériaux composites, batteries lithium-ion, dépollution de l'air et de l'eau, électrodes pour les fours à arc ou la synthèse de l'aluminiumetc.

Histoire et étymologie

Le nom carbone vient du latin carbo, carbōnis (« charbon »). La fabrication de carbone sous forme de charbon de bois par carbonisation de bois sous une couche de terre était aussi connu des Romains [10]. Le carbone sous sa forme diamant est connu depuis l'antiquité en Asie, il est aussi mentionné dans l'ancien testament [11]. Son nom vient aussi du romain adámas, adámantis ("acier dur").

La notion d'élément carbone apparait lorsque René Antoine Ferchault de Réaumur étudie la formation d' acier à partir de fer, il constate que cette transformation correspond à l'absorption d'un élément par le fer [12]. En 1772, Antoine Lavoisier étudie ensuite la combustion de charbon et de diamants, il constate la formation quantitative de dioxyde de carbone mais ne détecte pas la formation d'eau. Il prouve ainsi que ces deux matériaux sont formés uniquement de carbone.

Le graphite naturel était connu depuis l'antiquité, mais sa nature n'était pas comprise car on le confondait avec la molybdénite et on croyait que c'était une forme de plomb [10]. En 1779, Carl Wilhelm Scheele démontre, lui aussi par oxydation du graphite, qu'il est composé principalement de carbone. En 1787, la Nomenclature chimique de Louis-Bernard Guyton-Morveau lui consacre un article en définissant le carbone comme la forme pure du charbon [13].

Le nom carbone n'apparaît dans le dictionnaire de l'Académie française qu'à sa 6e édition (1832-5). Le e siècle correspond à l'essor du carbone pour la production d'énergie. Par exemple, en 1865 Antoine César Becquerel publie le contenu en carbone des principales formes de bois d'énergie achetés à l'époque à Paris [14] :

L'histoire est ensuite marquée par l'importance accrue du carbone, on peut citer par exemple:

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