Carbone (C)
L'élément de la vie, du diamant au crayon.
Le carbone a une capacité unique à former de longues chaînes et des anneaux en se liant à lui-même. C'est pourquoi il est la charpente de toutes les molécules du vivant, au point que la chimie du carbone s'appelle « chimie organique ». Selon l'arrangement de ses atomes, il donne le graphite, tendre et noir, ou le diamant, transparent et ultra-dur. Brûlé sous forme de charbon, pétrole et gaz, il alimente l'économie et le réchauffement climatique.
- Numéro atomique
- 6
- Symbole
- C
- Masse atomique
- 12,011 u
- Famille
- Non-métaux
- État à 0 °C
- Solide
- Découverte
- Antiquité
Origine du nom
Du latin carbo, le charbon.
À quoi il ressemble
Graphite : solide noir, gris et brillant, doux au toucher. Diamant : cristal transparent, le plus dur des matériaux naturels. Charbon de bois et suie : formes noires et ternes.
Où le trouve-t-on ?
Quatrième élément le plus abondant de l'Univers, forgé dans les étoiles. Il ne représente que 0,02 % environ de la croûte terrestre, surtout sous forme de calcaire, mais constitue environ 18 % de la masse du corps humain. L'atmosphère contient environ 0,04 % de CO₂.
Comment on le produit
Le monde extrait près de 9 milliards de tonnes de charbon par an. Le graphite naturel est miné (environ 1,6 million de tonnes par an), et l'on fabrique du graphite synthétique en chauffant du coke de pétrole à près de 3 000 °C. On extrait environ 110 à 120 millions de carats de diamants naturels par an, et l'on synthétise bien davantage de diamants industriels.
À quoi sert-il ?
- Combustibles fossiles : charbon, pétrole, gaz naturel.
- Coke pour transformer le minerai de fer en acier.
- Plastiques, textiles synthétiques et médicaments.
- Fibre de carbone pour vélos, avions et raquettes.
- Graphite des anodes de batteries lithium-ion.
- Datation au carbone 14 en archéologie.
Au quotidien
- La mine de votre crayon (graphite et argile)
- Le charbon de bois du barbecue
- Les bouteilles en plastique
- Le pneu de votre voiture (noir de carbone)
- Un diamant de bague
Rôle dans le vivant
Fondement de la vie : les protéines, les sucres, les graisses et l'ADN sont bâtis sur des squelettes de carbone. Les plantes captent le CO₂ de l'air par la photosynthèse, et nous le rejetons en respirant.
Dangers
Le carbone pur est peu toxique, mais ses composés peuvent l'être : le monoxyde de carbone (CO), inodore, est un poison mortel, et les fines particules de suie sont nocives pour les poumons. Le CO₂ issu des combustibles fossiles est la cause principale du changement climatique.
Histoire
Le charbon de bois et la suie sont connus depuis la préhistoire : les peintures de Lascaux en contiennent. Lavoisier montre dans les années 1770 que le diamant brûle en donnant du gaz carbonique, et Smithson Tennant prouve en 1797 qu'il s'agit de carbone pur. Le nom vient du latin carbo, « charbon ».
Le saviez-vous ?
- La « mine de plomb » des crayons ne contient aucun plomb : on a longtemps confondu le graphite avec un minerai de plomb.
- Le graphène, une couche de graphite d'un seul atome d'épaisseur, a valu le prix Nobel de physique 2010 à Andre Geim et Konstantin Novoselov, qui l'avaient isolé avec du ruban adhésif.
- Le diamant n'est pas éternel en surface : à pression ordinaire, il tend très lentement à se transformer en graphite, mais il faudrait des milliards d'années.
- Les fullerènes, molécules de 60 atomes de carbone en forme de ballon de football, ont été découverts en 1985.