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Carbone

Snippet de Wikipédia: Carbone

Le carbone est l'élément chimique de numéro atomique 6 et de symbole C. Il possède trois isotopes naturels :

  • 12C et 13C qui sont stables ;
  • 14C qui est radioactif de demi-vie 5 730 années ce qui permet de dater des éléments utilisant du carbone pour leur structure.

Le carbone est l'élément le plus léger du groupe 14 du tableau périodique. 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 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 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'aluminium, etc.

Diamant

Snippet de Wikipédia: Diamant

Le diamant (\dja.mã\) est l'allotrope de haute pression du carbone, métastable à basses température et pression. Moins stable que le graphite et la lonsdaléite qui sont les deux autres formes de cristallisation du carbone, sa renommée en tant que minéral lui vient de ses propriétés physiques et des fortes liaisons covalentes entre ses atomes arrangés selon un système cristallin cubique. En particulier, le diamant est le matériau naturel le plus dur (avec l'indice maximal (10) sur l'échelle de Mohs) et il possède une très forte conductivité thermique. Ses propriétés font que le diamant trouve de nombreuses applications dans l'industrie comme outils de coupe et d'usinage, dans les sciences comme bistouris ou enclumes à diamant et dans la joaillerie pour ses propriétés optiques.

La majorité des diamants naturels se sont formés dans des conditions de très hautes température et pression à des profondeurs de 140 à 190 kilomètres dans le manteau terrestre. Leur croissance nécessite de 1 à 3,3 milliards d'années (entre 25 et 75 % de l'âge de la Terre). Les diamants sont remontés à la surface par le magma d'éruptions volcaniques profondes qui refroidit pour former une roche volcanique contenant les diamants, les kimberlites et les lamproïtes.

Le mot provient du grec ancien ἀδάμας – adámas « indomptable ».

Graphite

Snippet de Wikipédia: Graphite

Le graphite est une espèce minérale qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un des allotropes naturels du carbone.

Sa formule chimique est « C » mais les formes natives permettent de retrouver des traces d'hydrogène (« H »), d'azote (« N »), d'oxygène (« O »), de silicium (« Si »), d'aluminium (« Al »), de fer (« Fe ») ou encore d'argile.

  • fr:Mersen : En 1893, Charles Street, ingénieur chez Le Carbone, découvre et brevète le procédé de la graphitation du carbone qui permet la fabrication de graphite synthétique
  • En 2019, 9,41 millions de dollars australiens d'aides ont été attribués pour un projet de conversion du biogaz (ici issu de méthanisation de boues d’épuration) en graphite et en hydrogène. (cf. ref)

Graphène

Snippet de Wikipédia: Graphène

Le graphène est un matériau bidimensionnel cristallin, forme allotropique du carbone dont l'empilement constitue le graphite.

Théorisé dès 1947 par Philip R. Wallace (en), il n'a pu être synthétisé qu'en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l'université de Manchester, qui a reçu pour cela, avec Konstantin Novoselov, le prix Nobel de physique en 2010. Le graphène est une forme allotropique cristalline du carbone et constitue l'élément structurel de base d’autres formes allotropiques, comme le graphite, les nanotubes de carbone (forme cylindrique) et les fullerènes (forme sphérique). Ce matériau possède le record de conductivité thermique : jusqu'à 5 300 W m−1 K−1.

Il peut être produit de plusieurs manières, dont par :

  • extraction mécanique du graphite (graphène exfolié, technique mise au point en 2004) ;
  • chauffage d'un cristal de carbure de silicium, permettant la libération des atomes de silicium (graphène épitaxié).

Il pourrait devenir un matériau idéal pour le stockage de l'énergie et est l'objet d'un projet-phare européen (Future and Emerging Technologies Flagship).

Fullerène - Nanotube

Snippet de Wikipédia: Fullerène

Un fullerène est une molécule composée de carbone pouvant prendre une forme géométrique rappelant celle d'une sphère, d'un ellipsoïde, d'un tube (appelé nanotube) ou d'un anneau. Les fullerènes sont similaires au graphite, composé de feuilles d'anneaux hexagonaux liés, mais contenant des anneaux pentagonaux et parfois heptagonaux, ce qui empêche la feuille d'être plate. Les fullerènes sont la troisième forme connue du carbone.

Les fullerènes ont été découverts en 1985 par Harold Kroto, Robert Curl et Richard Smalley, ce qui leur valut le prix Nobel de chimie en 1996.

Le premier fullerène découvert est le C60, il se compose de 12 pentagones et de 20 hexagones. Chaque sommet correspondant à un atome de carbone et chaque côté à une liaison covalente. Il a une structure identique au dôme géodésique ou à un ballon de football. Pour cette raison, il est appelé « buckminsterfullerène » (en hommage à l'architecte Buckminster Fuller qui a conçu le dôme géodésique) ou « footballène ».

Snippet de Wikipédia: Nanotube

Un nanotube est une structure cristalline particulière, de forme tubulaire, creuse et close, composée d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones, obtenue à partir de certains matériaux, en particulier le carbone et le nitrure de bore.

Carte conceptuelle avec les 3 niveaux de représentation

Mots-clés

  • Macroscopique : graphique, diamant, charbon, variétés allotropiques
  • Microscopique : atome, molécules de méthane, CO2,… feuillet de graphite, graphène
  • Symbolique : Carbone, élément, nombre atomique 6, masse atomique 12,…

Dioxyde de carbone

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teaching/carbone.txt · Dernière modification: 2019/12/05 14:19 par villersd