Carbone - Définition et Explications

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Isotopes

Le carbone possède deux isotopes stables dans la nature, 12C (98,89 %) et 13C (1,11 %). Le premier, 12C, a été choisi comme nucléide de référence unique pour la masse atomique 12, après plusieurs propositions (anciennement l’hydrogène, puis conjointement avec l’oxygène pour les chimistes). La masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse...) du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) reste cependant légèrement supérieure à 12 à cause de la prévalence de ses autres isotopes.

Le radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de...) 14C a une période de 5 730 ans et est couramment utilisé pour la datation d'objets archéologiques jusqu'à 50 000 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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) à partir des années 1960 ont créé des excès considérables.

Le radioisotope 11C a une période de 20 minutes. Cette courte période et la relative facilité de substituer un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de 11C à un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de carbone 12C (stable) en font un isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) utilisé en médecine nucléaire (La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs,...), notamment en tomographie à émission de positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....). Les radiotraceurs les plus utilisés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) sont le 11C-Raclopride qui se fixe préférentiellement sur les récepteurs dopaminergiques D2, et le 11C-Acétate utilisé en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) cardiaque.

Composés courants du carbone

Petites molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) et ions

La forme la plus connue du carbone est le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) CO, qui est l'un des composants minoritaires de l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) (arrivant en quatrième position avec environ 0,03 % mais loin derrière l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) 78,11 %, l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) 20,953 % et l'argon (L’argon est un élément chimique, de symbole Ar et de numéro atomique 18.) 0,934 %) produit et métabolisé par les êtres vivants, l'industrie, les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) et les centrales thermiques. Sa concentration a augmenté de près de 40% depuis le début de l'ère industrielle. Il possède deux modes de vibration qui absorbent la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...), ce qui en fait un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...). Le CO est un composé majoritaire de l'atmosphère d'autres planètes comme Vénus.

Dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), il forme de très faibles quantités d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) carbonique, HCO, qui produit des ions carbonate CO2- ou hydrogénocarbonate (bicarbonate) HCO-. Beaucoup de minéraux sont des carbonates, notamment les diverses formes de calcaire (calcite, craie, marbre…). On connaît les propriétés thérapeutiques du bicarbonate de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un...) NaHCO.

Chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant l'étude scientifique de...)

La chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du carbone est essentiellement covalente. Le carbone est à la base d'une multitude de composés pouvant contenir un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'atomes, en association avec l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), l'oxygène, l'azote, les halogènes, le phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et...), le soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...), et les métaux, par liaisons simples, doubles ou triples. L'étude et la synthèse de ces composés constitue la chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...).

Dangers du carbone et de ses composés

Le (di)sulfure de carbone CS, quoique de structure similaire au dioxyde de carbone, est un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) hautement toxique utilisé comme solvant (vulcanisation du caoutchouc).

Les autres oxydes de carbone sont le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) CO, et le suboxyde de carbone CO, moins commun. Le monoxyde de carbone est un gaz incolore et inodore, formé par combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) incomplète des composés organiques ou du carbone pur (charbon). Le monoxyde de carbone se lie plus fortement que 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 (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) cyanure (Les cyanures sont les composés de l'anion CN-, formé d'un atome de carbone lié par...) CN- a un comportement chimique similaire à un ion halogénure. Les sels contenant l'ion cyanure sont hautement toxiques. Le cyanogène (Le cyanogène (en anglais cyanogen ou carbon nitride) est un gaz incolore dont l'odeur est...), un gaz de composition (CN) est également proche des halogènes.

Avec les métaux, le carbone forme des carbures C4- ou des acétylures C2-. Quoi qu'il arrive, avec une électronégativité de 2,5, le carbone préfère former des liaisons covalentes. Quelques carbures sont des treillis covalents, comme le carbure de silicium (Le carbure de silicium (SiC), aussi connu sous le nom de carborundum ou de moissanite, est une...), SiC, qui ressemble au diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la...), et est d'ailleurs utilisé pour la taille de ceux-ci.

Les nanotechnologies permettent de produire des molécules particulières, dont les fullerènes, et des nanofils ou nanotubes difficiles à filtrer dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et qui peuvent passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) à travers les muqueuses et percer les enveloppes cellulaires. Certains craignent des effets différés comme on en a trouvé pour l'amiante (L’amiante (nom masculin) est un terme désignant des minéraux à texture...).

Hydrocarbures

On appelle « hydrocarbures » les molécules associant carbone et hydrogène. On classe les hydrocarbures en trois familles :

  • les alcanes, où le carbone forme des liaisons sp3 (« simples ») : méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) CH, éthane CH, etc. ;
  • les alcènes, où au moins un carbone forme des liaisons (« double ») (carbones sp2) : éthène (éthylène) CH, propène CH, etc. ;
  • les alcynes, où au moins un carbone forme des liaisons (« triple ») (carbones sp) : éthyne (acétylène) CH, propyne (Le propyne est un composé insaturé aliphatique de formule chimique C3H4. C'est un gaz...) CH, etc.

Suivant le nombre d'atomes de carbone, on fait précéder le suffixe -ane, -ène ou -yne :

  1. méth-
  2. éth-
  3. prop-
  4. but-
  5. pent-
  6. hex-
  7. hept-
  8. oct-
  9. non-
  10. déc-

La rotation est libre autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des liaisons simples carbone-carbone. En revanche, les liaisons doubles ou triples sont rigides : la liaison double est planaire (Les planaires sont des vers plats libres nageurs ou rampants. Des espèces vivent en mer,...), les angles de liaison autour des atomes de carbone sont 120°. Cela conduit à la formation de diastéréomères, c'est-à-dire de composés ayant la même formule chimique mais une disposition différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) des atomes dans l'espace. La liaison triple est linéaire.

En outre, le carbone sp3 peut former des composés chiraux (du grec ̔η χείρ, la main). Le cas le plus simple est un composé possédant 4 substituants différents autour d'un atome de carbone. Suivant la disposition dans l'espace de ces substituants, on obtient deux molécules qui sont différentes : elles ne sont pas superposables, il s'agit d'une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) d'énantiomères. Les énantiomères sont l'image l'un de l'autre dans un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) (comme nos deux mains).

Dans les hydrocarbures aromatiques, les atomes de carbone forment des cycles ou noyaux stabilisés par des liaisons π délocalisées.

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