NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

Accueil                           DicoNombre            Rubriques           Nouveautés      Édition du: 31/10/2016

Orientation générale        DicoMot Math          Atlas                   Références                     M'écrire

Barre de recherche          DicoCulture              Index alphabétique                               

     

CHIMIE

 

Débutants

Général

ÉLÉMENTS

 

Glossaire

Matière

 

 

INDEX

Sciences

 

Table

Hydrogène

Hélium

Ozone

Les Lourds

Carbone

Fer

Autres …

 

Sommaire de cette page

>>> Caractéristiques

>>> CARBONE et ses composés simples

>>> Pouvoir calorifique

>>> FULLERÈNES

>>> GRAPHÈNE

>>> Fibres de carbone

>>> CARBONE et ses composés organiques

>>> CARBONE et étoiles

>>> CARBONE 14

 


 

 

CARBONE

 

6

Symbole

C

Élément

CARBONE

Masse atomique

12, 011

Configuration électronique

2 - 4

 

 

 

CARBONE – Caractéristiques principales

Variétés

*       Le carbone pur existe sous 4 formes
(on dit "formes allotropiques du carbone").

Diamant

 

*       La plus dure des substances naturelles, du fait de sa structure tétraédrique. Voir Adamantin

*       Créés il y a des milliards d'années par la pression des profondeurs, les diamants sont remontés à la surface par les volcans.

Voir Taille (brillant)

Graphite

 

*       Carbone noir, tendre.
Exemple: Mine de crayon.

Charbon amorphe

*       Suie, résidu de la combustion.

Carbone odorant

ou  fullerène

*       Crée artificiellement depuis 1985.
Grosses molécules de 60 à 600 atomes.

Composés

*       Plus d'un million de composés.
Base de la chimie organique, de la chimie du vivant.

Voir Oxydes de carbone

Abondance

*         0,032 % de la croûte terrestre.

*         0,18 % du monde minéral.

*       19,4 % chez l'homme.

 

Liaison covalente des alcanes

 

*    Environnement tétraédrique  du carbone.

 

*    L’angle entre 2 liaisons C-H du méthane est de 109,28°.

 

D'autres liaisons non-alcane donnent 120°

Exemple pour C2H4

 

 

    Méthane                           Éthane

 

La configuration géométrique des composés organiques n'est pas très simple; se reporter aux pages spécialisées de stéréochimie.

 

 

CARBONE & et ses composés simples

 

*      Les hydrocarbures sont exclusivement formés de carbone quadrivalent et d'hydrogène. Ils forment le plus grand groupe des composés du carbone.

*      À la pression atmosphérique, ils sont

*       GAZEUX pour n < 5 : méthane (gaz naturel), éthane, propane et butane.

*       LIQUIDE pour n supérieur: pentane, hexane …

 

Voir Oxydes de carbone

Hydrocarbures

 

Carbone + Hydrogène

*    Composants du pétrole et du gaz naturel.

*    Présents dans la houille.

*    Matière première de l'industrie pétrochimique.

*    Certains polymères sont aussi des hydrocarbures:

*    Caoutchouc,

*    Polystyrène,

*    Élastomères.

Nomenclature

*    Hydrocarbures à chaîne ouverte, ou hydrocarbures aliphatiques ou acycliques.

*    Les atomes de carbone sont reliés les uns aux autres pour former une chaîne ouverte pouvant présenter une ou plusieurs ramifications.

*    Groupe subdivisé en

·         composés saturés  (alcane) et

·         composés insaturés (alcènes et alcynes).

 

*    Composés cycliques.

*    Les atomes de carbone forment un ou plusieurs cycles fermés.

*    Groupe subdivisé en

·         composés saturés (cyclane) et

·         composés insaturés (cyclènes).

 

Alcanes

 

Cn H2n + 2

 

 

 

 

 

*    Hydrocarbures acycliques saturés appelés aussi paraffine (parum affinis = faible affinité).

*    Le méthane est le premier de la série:

*    gaz incolore, inodore;

*    brûle dans l'air.

Voir Méthane et grisou / Vache

 

*    Molécule de structure tétraédrique avec l'atome de carbone au centre.

Suite en Alcanes et alcools

 

Alcènes

 

Cn H2n

 

 

 

 

 

*    Hydrocarbures acycliques insaturés

*    appelés aussi oléfines ou hydrocarbures éthyléniques.

*    Double liaison carbone-carbone (C = C).

*    L'éthylène est le premier de la série (C2H4).

*    Il sert à fabriquer les polyéthylènes
et des plastiques comme le PVC (polychlorure de vinyle).

*    Il sert comme base de produits décapants pour peinture.

 

Alcynes

 

Cn H2n – 2

 

 

 

*    Hydrocarbures acycliques insaturés.

*    Triple liaison carbone-carbone (C  C).

ou hydrocarbures acétyléniques.

*    L'acétylène ou éthyne est le premier de la série (C2 H2).
 

 

 

Exemples d'hydrocarbures

Type

Liaison

Formule

Nom

Saturés

1

C H4

Méthane

 

 

C2 H6

Éthane

 

 

C3 H8

Propane

 

 

C4 H10

Butane

 

 

C5 H12

Pentane

 

 

C6 H14

Hexane

 

 

 

Éthyléniques

2

C2 H4

Éthylène

Acétyléniques

3

C2 H2

Acétylène

Cyclaniques

 

C6 H12

Cyclohexane

Aromatiques

 

C6 H6

Benzène

 

 

C10 H8

Naphtalène

 

 

Pouvoir calorifique maximum

Voir Calorie

Source: l'énergie en 2050

 

 

FULLERÈNES

*      Variété de graphite comme les nanotubes de carbone ou le noir de carbone.

 

*      Le C60 a été synthétisé en 1985

*    360 neutrons

*    360 protons

*    360 électrons

soit un total de 1080 particules.

 

 

*      Forme d'un ballon de football: volume, combinaison de pentagones et d'hexagones, ayant 60 sommets.
Icosaèdre tronqué.

 

*      Découvert par le Britannique Harry Kroto, prix Nobel de chimie en 1996.

 

*      Nom d'après l'architecte Richard Buckminster Fuller connu pour ses coupoles ayant cette structure: géodes et sphères géodésiques.

 

*      Produits à base de fullerène: commercialisés en 2004.

 

*      Antimicrobien, antioxydant et propriétés catalytiques (favorisant les réactions chimiques): traitement des eaux, cosmétique …

 

 

 

GRAPHÈNE

 

*      Forme particulière du graphite en couches d'un seul atome de carbone en épaisseur.

*      Structure en nid-d'abeilles extrêmement fine.

*      Matériaux découvert en 2004 par Konstatin Novoselov et André Geim, prix Nobel de physique 2010.

*      Propriétés exceptionnelles: transparent, souple, léger, conducteur (silicium x 30), résistant (acier x 200) …

*      Utilisation en électronique (transistors rapides), mécanique (léger et solide), biologie …

 

 

 

FIBRE DE CARBONE

 

*      Fibres de 5 à 15 micromètres de diamètre.

*      Principalement des atomes de carbone, agglomérés en cristaux microscopiques alignés.

*      La fibre de carbone est très résistante pour sa taille.

*      Faible densité 1,7 à 1, 9 ( 1,8 g/cm3).

*      Bonne conductivité électrique et thermique.

*      Tenue en température

*      Inertie chimique

*      Plusieurs milliers de fibres de carbone sont enroulées ensemble pour former un fil, qui peut être employé tel quel ou tissé.

 

Voir Ascenseur

 

CARBONE & et ses composés organiques

 

*      L'affinité unique du carbone avec les autres éléments le conduit, par liaisons chimiques successives, à former de longues chaînes de molécules, comme celles des acides aminés, des protéines ou de l'ADN.

 

Chimie organique

*    Étude des composés à la base des processus vitaux. 90% et plus des composés chimiques sont organiques.

Composés organiques

  Aliphatiques

*    Chaîne carbonique non fermée.

  Cycliques

*    Chaîne carbonique fermée.

  Aromatiques

*    Cycle de 6 atomes de carbone liés à des atomes d'hydrogène.

*    Le benzène en est le plus important.

*    Odeur forte qui a donné son nom au groupe.

 

 

 

CARBONE & ÉTOILES

 

*      Deuxième étape dans l'évolution stellaire:

100 millions de degrés: les atomes d'hélium fusionnent pour réaliser la synthèse du carbone 12.

 

Voir Magnésium

 

 

 

CARBONE 14

 

 TRANSFORMATION

 

Noyau du

CARBONE 14

6 protons

=> force faible =>

7 protons

Noyau

AZOTE

8 neutrons

7 électrons

 

Durée 6 000 ans

 

 

Datation

 

*      Le carbone 14 permet de dater les objets ayant plus de 40 000 ans d'âge. La quantité de cet isotope particulier du carbone diminue avec le temps du fait de sa radioactivité naturelle.

*      En utilisant l'uranium et le thorium déposés sur de très vieux coraux, on a pu constater que la datation au carbone 14 n'était pas aussi juste qu'on l'imaginait. La quantité de carbone 14 aurait en fait varié au cours des âges.

 

Méthode du carbone 14

 

*      Méthode mise au point par l'Américain Willard Frank Libby en 1949.

*      Le carbone des végétaux provient uniquement du gaz carbonique de l'atmosphère absorbé grâce à l'assimilation chlorophyllienne. Sous l'effet des rayons cosmiques une partie infime, mais mesurable, du carbone atmosphérique est transformée en carbone radioactif.

*      Du fait de la chaîne alimentaire, ce carbone radioactif se retrouve dans les os des animaux. Dès que ceux-ci meurent, l'assimilation cesse et le carbone radioactif perd sa radioactivité. Elle décroît de moitié tous les 5 730 ans.

*      On peut dater un objet organique en mesurant la radioactivité résiduelle. La précision de la mesure repose sur l'hypothèse d'une proportion constante de carbone radioactif dans l'atmosphère.

*      Pour étalonner la mesure, on a comparé la datation au carbone à celle relevée sur de très vieux arbres (Pinus aristata de Californie, remontant à 3 000 ans avant notre ère), c'est la dendrochronologie.

*      On y ajoute aussi une autre méthode de référence : la thermoluminescence, basée sur la radioactivité de l'argile cuite des poteries.

 

 

 


 

Suite

*    Carbone – Calculs sur l'atome

*    Alcanes et alcools

*    Aminoacides

*    Oxydes de carbone

*    Pétrole

*    Énergie fossile

*    Liaison covalente

Voir

*    Atome & particulesIndex

*    Atomes et quarks

*    Biologie

*    Constantes physiques

*    Cristaux

*    Hittites et la découverte de l'acier

*    Hydrogène et uranium

*    Matière

*    Mnémotechnique des noms des éléments

*    Textiles synthétiques

DicoNombre

*    Nombre 6

*    Nombre 60

Livre

*    1000 infos sur LES SCIENCES
      Livre récent (2003) avec une double page aérée par sujet
      Très simple et agréable pour savoir l'essentiel des sciences

*    L'énergie en 2050 – Nouveaux défis et faux espoirs – Bernard WiesenfeldEDP Sciences – 2005
Ce livre est très complet prenant les sujets de A à Z, y compris le B A BA .

Cette page

http://villemin.gerard.free.fr/Scienmod/Carbone.htm