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Carbone - C

Propriétés chimiques - Effets du carbone sur la santé - Effets du carbone sur l'environnement

Numéro atomique 6

Masse atomique 12,011 g.mol -1
Electronégativité de Pauling 2,5
Masse volumique 2,2 g.cm-3 à 20°C
Température de Fusion 3652 °C (sub)
Température d'ébullition 4827 °C
Rayon atomique (Van der Waals) 0,091 nm
Rayon ionique 0,26 nm (-4) 0,015 (+4)
Isotopes 3 dont 1 radioactif
Configuration électronique [ He ] 2s22p2
Energie de première ionisation 1086,1 kJ.mol -1
Energie de deuxième ionisation 2351,9 kJ.mol -1
Energie de troisième ionisation 4618,8 kJ.mol -1
Découverte : Le carbone était déjà connu dans l'antiquité. Il fallut néanmoins attendre le XIXème siècle pour en connaître les multiples formes (diamant, graphite, etc...)

Carbone

Le carbone est unique dans ses propriétés chimiques parce qu'il forme un nombre de composants supérieurs au nombre résultant de l'addition de tous les autres éléments en combinaison les uns avec les autres.

Le plus grand groupe de tous ces composants est celui constitué par le carbone et l'hydrogène. Nous connaissons un minimum d'environ 1 million de composants organiques et ce nombre augmente rapidement chaque année. Bien que la classification ne soit pas stricte, le carbone forme une autre série de composés considérés comme inorganiques, dans un nombre nettement inférieur à celui des composés organiques.

Le carbone élémentaire existe sous deux formes cristallines allotropiques bien définies: le diamant et le graphite. D'autres formes moins cristallisées sont le carbone végétal et la vapeur noire. Le carbone chimique pur peut être préparé par décomposition thermique de sucre (sucrose) en l'absence d'air. Les propriétés physiques et chimiques du carbone dépendent de la structure cristalline de l'élément. Sa densité fluctue entre 2,25 g/cm³ (1,30 ounces/in³) pour le graphite et 3,51 g/cm³ (2,03 ounces/in³) pour le diamant. Le point de fusion du graphite est de 3500ºC (6332ºF) et le point d'ébullition extrapolé est de 4830ºC (8726ºF). Le carbone élémentaire est une substance inerte, insoluble dans l'eau, aussi bien qu'un solvant organique. À température élevée, il se lie avec l'oxygène pour former le monoxyde ou le dioxyde de carbone. Avec des agents oxydants chauds, comme l'acide nitrique et le nitrate de potassium, l'acide méthylique C6(CO2H)6 est obtenue. Parmi les halogènes, le carbone élémentaire réagit seulement avec le fluor. Un nombre élevé de métaux se combinent avec l'élément à température élevée pour former des carbures.

Il forme trois composants gazeux avec l'oxygène: le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO 2 ) et suboxyde de carbone (C3O2 ). Les deux premiers sont les plus importants du point de vue industriel. Le carbone forme des composés avec des halogènes avec CX4 en tant que formule générale, où X est le fluor, le chlore, le brome ou l'iode. A température ambiante, le tétrafluorure de carbone est un gaz, le tétrachlorure est liquide et les deux autres composés sont des solides. Nous connaissons également les halogénures de carbone. Le plus important de tous peut être le chlorofluorocarbure, CCl2F2 , aussi appelé fréon.

Le carbone et ses composants sont amplement présents dans la nature. Le carbone est estimé composer 0.032% de la croûte terrestre. Le carbone libre est trouvé dans de grands réservoirs comme la houille, forme amorphe de l'élément avec d'autres composés complexes comme carbone-hydrogène-azote. Le carbone cristallin pur est trouvé sous forme de graphite et de diamant.

De grandes quantités de carbone sont trouvées sous forme de composés. Le carbone est présent dans l'atmosphère en tant que dioxyde de carbone (0.03% en volume). Plusieurs minerais, comme la pierre à chaux, la dolomite, le gypse et le marbre, contiennent des carbonates. Tous les plantes et animaux vivants sont constitués par les composés organiques complexes où le carbone est combiné avec de l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et d'autres éléments. Les restes des plantes vivantes et des animaux forment des dépôts: du pétrole, de l'asphalte et du bitume. Les gisements de gaz naturel contiennent des composés constitués par le carbone et l'hydrogène.

L'élément libre a beaucoup d'utilisations, comprenant des décorations de bijoux avec les diamants ou le colorant noir utilisé pour les jantes d'automobile ou l'encre des imprimantes. Une autre forme de carbone, le graphite, est employé à hautes températures pour les creusets, les électrodes de voûte de cellule sèche et de lumière, les bouts de crayon et comme lubrifiant. Le carbone végétal, une forme amorphe de carbone, est employé comme gaz absorbant et agent blanchissant.

Les composés de carbone ont beaucoup d'utilisations. Le dioxyde de carbone est employé dans la carbonatation de boissons, dans les extincteurs et, dans les semi-conducteurs, comme refroidisseur (glace sèche). L'oxyde de carbone est employé comme agent de réduction dans beaucoup de processus métallurgiques. Le tétrachlorure de carbone et le disulfure de carbone sont les dissolvants industriels importants. Le fréon est employé dans les systèmes de refroidissement. Le carbure de calcium est employé pour préparer l'acétylène; il est utilisé pour des métaux de soudure et de découpage, aussi bien que pour la préparation d'autres composés organiques. D'autres carbures métalliques ont des utilisations importantes comme résistance à la chaleur et coupeurs en métal.

Effets du carbone sur la santé

Le carbone élémentaire a une toxicité très basse. Les données des risques sur la santé présentées ici sont basées sur des expositions charbon noir, carbone non élémentaire. L'exposition chronique d'inhalation du charbon noir peut causer des dommages provisoires ou permanents aux poumons et au cœur.

La pneumoconiose a été trouvée chez les ouvriers travaillant dans la production du charbon. L'inflammation des follicules de cheveux, et des lésions muqueuses orales ont été également rapportées.

Cancérogénicité : Le charbon noir a été énuméré par l'agence internationale pour la recherche sur le Cancer (IARC) dans le groupe 3 (l'agent n'est pas classable quant à sa cancérogénicité par rapport aux humains.)

Le carbone 14 est un des radionucléides impliqués dans l'essai atmosphérique des armes nucléaires, qui a commencé en 1945, par un essai des USA, et fini en 1980 par un essai chinois. Il est parmi les radionucléides longévitaux qui ont produit et continueront à produire un risque accru de cancers pour les décennies et les siècles à venir. Il peut aussi traverser le placenta, devenir organiquement lié aux cellules, se développer et, par conséquent, mettre en danger le fœtus.

Effets du carbone sur l'environnement

Aucun effet sur l'environnement négatif n'a été rapporté.


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Pour plus d'information sur l'endroit du carbone dans l'environnement, déplacez-vous au cycle de carbone.

 

 

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