Présentation

Le carbone est un élément chimique qui porte le numéro 6 dans la classification périodique des éléments.

Quel est l'emplacement du carbone dans le tableau périodique des éléments ? Le tableau périodique des éléments.

Informations générales
SymboleC
Numéro atomique6
FamilleNon-métal
Groupe14
Période2
Blocp
Masse volumique1,95 g.cm-3
Dureté0,5
CouleurNoir
Propriétés atomiques
Masse atomique12 u
Rayon atomique70 pm
Configuration électronique[He] 2s2 2p2
Électrons par niveau d'énergie2 | 4
OxydeAcide faible
Propriétés physiques
État ordinaireSolide
Point d'ébullition3825 °C

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté : La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
  • Point d’ébullition : Le point d’ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.

Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science.
L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Un peu d’histoire

Étymologie

Le mot « carbone » provient du latin « carbo » qui désignait le charbon et du romain « adamas » qui signifie « acier dur ».

Historique du carbone

Dès l’Antiquité, les Romains ont commencé à fabriquer du carbone avec du charbon de bois par des techniques de carbonisation du bois sous terre.
Dans l’Asie Antique, le carbone était déjà présent sous forme de diamants.

Il faut cependant attendre le XVIIIe siècle pour que les chimistes se penchent de plus près sur le cas du carbone. C’est Antoine Lavoisier en 1772 qui va commencer à étudier la combustion des diamants et du charbon, deux composés qui proviennent uniquement du carbone. Il remarquera notamment que lors d’une combustion de carbone, il n’y a pas de formation d‘eau contrairement aux autres combustions.

Antoine Laurent Lavoisier était un chimiste philosophe et économiste français du XVIIIe siècle. Il est reconnu pour la mise en place de nombreuses méthodes scientifiques que ce soit dans le domaine des expériences ou de la théorie. Il a notamment découvert les composantes de l’air et de l’eau, les différents états de la matière et a défini ce qu’était l’oxydation. Il est considéré comme le père de la chimie moderne
On lui doit la célèbre maxime « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »

En 1828, Friedrich Wöhler, un chimiste allemand, découvre la chimie organique dans laquelle le carbone a un rôle primordial.

La dernière découverte notable impliquant le carbone est la découverte du graphène par André Geim, un physicien néerlandais, en 2004.

A quoi sert le graphite ? Le graphite entre dans la composition des mines de crayons à papier.

Le graphène est le cristal qui compose le graphite. Il est composé exclusivement de carbone

Présence à l’état naturel

Le carbone est principalement présent à l’état naturel sous deux formes allotropiques : le graphite et le diamant.

L’allotropie est la faculté d’un corps à exister sous différentes formes

A pression et température ambiantes, le carbone se trouve sous sa forme de graphie à l’état naturel.

Il est apparu sur Terre dès la création de cette dernière comme en témoigne sa présence dans de nombreux sédiments (pétrole par exemple).

On peut pour finir le trouver sous d’autres formes comme :

  • Charbon,
  • Pétrole,
  • Sédiments.

Le dioxyde de carbone, de formule , est présent quant à lui dans l’atmosphère sous forme de gaz et dans les eaux océaniques et continentales, sous forme de gaz dissout.

Propriétés physiques et chimiques

Le carbone est un élément non soluble dans l’eau ainsi que dans aucun solvant organique.

Quand il est fortement chauffé, il s’oxyde pour former du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.

Lié à l’hydrogène, le carbone est source de vie. Cette liaison apparaît dans chaque être vivant organique de la planète.

Isotopes

Définition : des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

Le carbone compte 15 isotopes connus à ce jour. Leur nombre de masse s’étend de 8 à 22.

Le radioisotope le plus stable est la carbone 14, présent à l’état naturel avec une demi-vie d’environ 5000 ans.

Utilisations

Forme simple

Sous sa forme de diamant, le carbone est utilisé en joaillerie pour la confection de bijoux de luxe et en industrie pour sa dureté.

Sous la forme du graphite, il est utilisé afin dans la préparation de lubrifiants industriels ou dans les mines de crayons de bois.

Forme composée

Dans ses formes composées, le carbone a encore plus d’utilisations.

Tout d’abord, le carbone est un composant très présent dans les hydrocarbures (liaisons carbone-hydrogène).

Sous forme de gaz, le dioxyde de carbone (de formule CO2) est utilisé dans l’industrie alimentaire. C’est à ce dernier qu’on doit les bulles dans les boissons gazeuses. Il est aussi utilisé comme gaz dans les extincteurs ou aussi comme réfrigérant, la neige carbonique, dans l’industrie des semi-conducteurs.

Un semi-conducteur est un matériau qui a une conductivité électrique qui se situe à égale distance entre celle d’un métal et celle d’un isolant.Théoriquement, une fois atteint la température de 0 Kelvin, le zéro absolu, ce matériau deviendrait isolant. Les semi-conducteurs sont très utilisés pour l’électronique de petite taille : diodes, circuits imprimés, transistors, etc.
Pour en savoir sur la supraconductivité, vous pouvez consulter notre cours sur le Zéro Absolu.

Pour finir, le monoxyde de carbone, de formule CO, est utilisé dans l’industrie comme gaz réducteur.

En chimie, on dit d’un élément qu’il est réducteur quand il fournit des électrons, réduisant ainsi son nombre d’électrons

Datation

On utilise un isotope radioactif du carbone, le carbone 14 à des fins de datation d’échantillons de matière organique. En effet, la demi-vie de cet isotope radioactif est d’environ 5568 ans. Cela permet d’effectuer des datations entre 50 000 ans et 100 ans.

Dangers

Quels sont les risques du monoxyde de carbone ? Le monoxyde de carbone est un gaz inodore et incolore produit lors d’une combustion incomplète. Il peut causer une asphyxie entraînant la mort.

Le carbone dans sa forme pure n’est pas dangereux pour l’homme et son ingestion ne pose aucun problème sanitaire.

Il faut faire attention également à une ingestion prolongée de charbon qui peut créer des lésions pulmonaires ou cardiaques.

Très nocif, le monoxyde de carbone, de formule CO ,est  un gaz incolore et inodore est très toxique pour l’homme. En effet, il se lie encore plus facilement que l’oxygène aux globules rouges du sang et cause donc une asphyxie mortelle.

Les signes les plus fréquents d’une intoxication au monoxyde de carbone sont :

  • Des céphalées,
  • Des vertiges,
  • Des nausées,
  • Des malaises,
  • Une asthénie.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les nazis ont utilisé ce gaz à des fins d’arme chimique pour tuer en masse des juifs dans les camps de concentration.

Pour finir, le carbone 14, un isotope radioactif, peut causer de graves cancers car il se lie organiquement aux cellules de l’organisme.

Ecotoxicité

Le carbone est un élément écotoxique, notamment sous sa forme de dioxyde de carbone. C’est un gaz à effet de serre et donc responsable du réchauffement de la planète.

On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

Taxe carbone

Les gouvernements des pays ayant participé à la COP21 ont mis en place une taxe carbone sur leur territoire. C’est une taxe payée par ceux qui polluent au dioxyde de carbone, le tout proportionnellement aux émissions que produit leur industrie. Cette taxe se répercute sur le prix du produit final, son but est donc d’inciter à utiliser des produits qui ont moins dégagé de dioxyde carbone lors de leur production et sont ainsi plus respectueux de l’environnement.

Elle est appliquée dans de nombreux pays membres de l’Union Européenne et notamment la France, le Danemark, la Suède et la Finlande

La Conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques, abrégée en COP21, est une conférence qui s’est tenue entre novembre et décembre 2015 au Bourget, en France , et dont le but était de réunir les pays ayant signé la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques afin de limiter les causes du réchauffement climatique.

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir.
Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).

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