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CARBONE

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Diamant

Le carbone est l'élément chimique non métallique de symbole C et de numéro atomique 6. Il est présent dans de nombreux composés naturels : gaz carbonique de l'atmosphère, roches calcaires, combustibles (gaz, pétrole, charbons minéraux). C'est de plus un constituant fondamental de la matière vivante. Par la photosynthèse, les plantes convertissent le gaz carbonique de l'air en hydrates de carbone, lesquels sont dégradés en gaz carbonique par les êtres vivants. Cette chaîne fermée constitue le cycle du carbone.

Le carbone est le quatorzième des éléments de la surface de la Terre classés par ordre d'abondance décroissante. Il constitue environ 0,9 p. 100 en masse de la lithosphère et de l'hydrosphère réunies. Certains échantillons, graphite et diamant, existent à l'état naturel sous forme cristallisée et dans un très grand état de pureté.

La grande majorité des composés du carbone relèvent de la chimie organique ; seuls seront examinés dans cet article des composés minéraux : oxydes et leurs dérivés, carbures métalliques et composés d'insertion, composés azotés.

1.  L'élément et le corps simple

  L'atome

Il résulte de son numéro atomique que le cortège électronique de l'atome de carbone correspond, dans son minimum d'énergie, au symbolisme : 1s2, 2s2, 2p2, c'est-à-dire que la couche la plus profonde des électrons (couche K) est complète avec deux électrons et que quatre électrons sont sur la couche externe L. Deux de ces électrons occupent l'orbitale 2s, les deux autres occupant chacun une orbitale différente parmi les trois orbitales 2p disponibles.

Le noyau contient toujours six protons mais le nombre de neutrons associés est variable : le carbone possède deux isotopes stables et cinq radio-isotopes. Seul le radio-isotope de nombre de masse 14 existe dans la couche superficielle de la Terre par suite, d'une part, de sa longue période et, d'autre part, de sa formation dans l'atmosphère par action de la composante neutronique du rayonnement cosmique sur l'azote. Cette réaction nucléaire se traduit par le symbole : 147N (np146C. Cet isotope radioactif du c […]

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« CARBONE » est également traité dans :

ACIER - Technologie

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Dans le chapitre "Constituants des aciers"  : …  existence des deux variétés allotropiques du fer joue un grand rôle pour les propriétés de l'acier.* Le fait essentiel réside dans la différence de solubilité du carbone dans chacune de ces formes. Alors que cette solubilité du carbone est nulle ou extrêmement faible dans le fer α, elle est notable dans le fer γ, voisine de 2 p. 100 à 1 145 0Lire la suite
ALLIAGES

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ASTROCHIMIE

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Dans le chapitre "Le milieu interstellaire"  : …  les conditions de rayonnement. On s'aperçoit donc que les chemins de la synthèse moléculaire dans l'espace sont variés. *Il existe cependant un dénominateur commun aux espèces détectées dans le milieu interstellaire : elles contiennent pratiquement toutes du carbone. Comme la chimie de la vie, la chimie de l'Univers repose en effet sur cet élément… Lire la suite
AUTOTROPHIE & HÉTÉROTROPHIE

Écrit par :  Alexis MOYSE

Dans le chapitre "Les modes de vie autotrophiques"  : …  Le *carbone minéral assimilable étant sous la forme de gaz carbonique ou d'ions carbonate ou bicarbonate, l'autotrophie complète suppose la capacité de fixer ces substances et de les réduire, c'est-à-dire de passer du composé CO2 à des constituants dans lesquels les atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène sont en moyenne dans les… Lire la suite
BACTÉRIES

Écrit par :  Jean-Michel ALONSOJacques BEJOTPatrick FORTERRE

Dans le chapitre "Physiologie des populations bactériennes"  : …  de croître en dehors de la cellule hôte, ont un type trophique désigné sous le nom de paratrophie. *Les sources de carbone sont très variées. Certaines bactéries, photo- ou chimio-lithotrophes notamment, utilisent directement le carbone du gaz carbonique sans que la présence de matière organique préformée soit nécessaire à leur croissance… Lire la suite
BACTÉRIOLOGIE

Écrit par :  Jean-Michel ALONSOJacques BEJOTMichel DESMAZEAUDDidier LAVERGNEDaniel MAZIGH

Dans le chapitre "Panorama du métabolisme bactérien"  : …  magnésium, du phosphate monopotassique, du phosphate disodique et, comme seule source organique de *carbone, un sucre : le glucose. En conséquence, presque tous les atomes de carbone des molécules d'E. coli (sauf ceux qui ont pour origine le CO2) doivent résulter de transformations chimiques ayant pour effet soit de dégrader les… Lire la suite
CÉNOZOÏQUE

Écrit par :  Marie-Pierre AUBRY

Dans le chapitre "La crise de la limite Paléocène-Éocène"  : …  par une « excursion » (c'est-à-dire une variation aussi marquée que brève) du ratio entre les deux *formes isotopiques stables du carbone (13C et 12C), ce qui témoigne d'un changement soudain du cycle du carbone avec l'introduction d'une quantité importante de 12C dans le système. Différentes théories ont été… Lire la suite
CHARBON - Industrie charbonnière

Écrit par :  Michel BENECHPierre BERTEJacques BONNETRobert PENTEL

Dans le chapitre " Le charbon face aux autres sources d'énergie"  : …  On appelle charbon des roches sédimentaires d'origine organique contenant au moins 50 p. 100 de *carbone. Les origines du charbon remontent à l'époque du Carbonifère, il y a de 250 à 300 millions d'années, lorsque la forêt hercynienne a engendré la concentration de dépôts considérables de débris végétaux qui ont été recouverts de terre et d'… Lire la suite
COLLAGE, physique

Écrit par :  Jacques COGNARD

Dans le chapitre "Le traitement de surface"  : …  Les mesures spectroscopiques mettent en évidence, dans les premières couches superficielles, *la présence de carbone en concentration atomique de 40 à 70 p. 100. Cela n'est pas dû à des contaminations. En réalité, il s'agit d'une couche incrustée qui résulte du processus même de formation de la surface lors de la mise en forme du métal. Après… Lire la suite
COMBUSTION

Écrit par :  Michel LUCQUIN

Dans le chapitre "La combustion des solides"  : …  fait fondre le solide au moins superficiellement. Dans certains cas, le plus typique étant celui du *carbone, il se produit une gazéification préalable à l'aide du comburant. Le carbone incandescent subit une gazéification en oxyde de carbone ; puis cet oxyde de carbone brûle au contact de l'atmosphère sous forme de flamme de diffusion. Une… Lire la suite
COUPER ARCHIBALD SCOTT (1831-1892)

Écrit par :  Georges BRAM

…  Sur une nouvelle théorie chimique dans laquelle il énonçait les deux principes suivants : *1. La valence de l'atome de carbone – Couper parle de « pouvoir de combinaison » – est de 2 comme dans l'oxyde de carbone CO ou de 4 comme dans le gaz carbonique CO2 ; 2. L'atome de carbone peut entrer en combinaison avec lui-même en… Lire la suite
CRISTAUX

Écrit par :  Marc AUDIERMichel DUNEAU

Dans le chapitre "Les structures covalentes"  : …  la mise en commun d'électrons entre atomes voisins, chaque atome restant électriquement neutre. Le *carbone cristallise dans plusieurs formes selon les méthodes de préparation. La structure diamant consiste en un enchevêtrement de deux réseaux C.F.C. L'un des deux est simplement décalé par rapport à l'autre d'un quart de diagonale du cube qui fixe… Lire la suite
CURL ROBERT F. Jr. (1933- )

Écrit par :  Georges BRAM

…  dont l'analyse par spectroscopie de masse montra qu'elle était constituée de soixante atomes de *carbone. Curl, Smalley et Kroto pensaient que cette molécule devait avoir une structure de cage fermée, ressemblant à un ballon de football, ce qui sera vite confirmé. Le nom de fullerène a été donné à ce type de molécule, par allusion à des… Lire la suite
CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

Écrit par :  Jean-Claude DUPLESSY

Dans le chapitre " Le carbone"  : …  Le *carbone (C) est un élément clé de la matière vivante, en raison de sa capacité à former de longues chaînes ou des anneaux moléculaires. Il possède un cycle complexe parce qu'il est présent dans toutes les formes vivantes et dans de nombreux composés inorganiques : on le trouve sous forme de carbone élémentaire (diamant, graphite ou forme amorphe… Lire la suite
DIAMANT

Écrit par :  René COUTYYves GAUTIERHenri-Jean SCHUBNEL

Dans le chapitre " Diamant de synthèse"  : …  On désigne par synthèse du diamant le processus qui permet de transformer du *carbone ou un produit carboné en diamant (fig. 2). Cette opération est réalisée à l'échelle industrielle par quatre firmes commerciales : A.S.E.A. (Suède), De Beers (Afrique du Sud), General Electric (États-Unis) et Tomel (Japon) ; leur production annuelle avoisine 100 … Lire la suite
DIAMANTS (exposition)

Écrit par :  Emmanuel FRITSCH

… religieux et sociologique. Dans le hall d'entrée sont présentées les deux formes les plus communes *du carbone – le graphite noir et le diamant incolore –, et des expériences permettent de comparer leurs propriétés : par exemple, le diamant, contrairement au graphite, conduit la lumière et pas l'électricité, et est très dur. Ces disparités s'… Lire la suite
ÉLÉMENTS NATIFS

Écrit par :  Guy ROGER

Dans le chapitre "Diamant"  : …  Le *carbone natif cristallise sous forme de diamant dans des roches magmatiques ultrabasiques particulières, les kimberlites, qui remplissent des cheminées volcaniques dans de vieux socles et se seraient formées à des profondeurs considérables. On extrait le diamant soit directement des kimberlites, soit de concentrations détritiques… Lire la suite
EXOBIOLOGIE

Écrit par :  François RAULIN

Dans le chapitre "La recherche de la vie hors du système solaire"  : …  qui ont déjà été identifiées dans les nuages interstellaires, plus de 110 contiennent du *carbone et 9 seulement du silicium. La chimie organique est donc universellement répandue. De même, l'eau est une molécule très abondante dans l'Univers. Il est donc raisonnable de penser que la vie extraterrestre, si elle existe, est elle aussi… Lire la suite
FER - L'élément métallique

Écrit par :  Simone TALBOT-BESNARD

Dans le chapitre " Composés minéraux"  : …  fer α et le fer γ et 4 composés définis : Fe3P, Fe2P, FeP, FeP2. Le* diagramme fer-carbone (fig. 10) est à la base de la connaissance des aciers et des fontes [cf. acier (technologie)]. Le carbone peut former : des solutions solides d'insertion dans le fer α (ferrite, martensite), dans le fer γ (austénite),… Lire la suite
FISCHER-TROPSCH PROCÉDÉ

Écrit par :  Bernard TISSOT

… *Ce procédé catalytique de production d'hydrocarbures à partir de gaz de synthèse (CO + H2) a été découvert en 1923 par Franz G. Fischer et Hans Tropsch en Allemagne ; développé industriellement entre 1923 et 1935, il a permis d'approvisionner le IIIe Reich en hydrocarbures. Au début de la Seconde Guerre mondiale, neuf usines,… Lire la suite
FULLERÈNES

Écrit par :  Patrick BERNIER

… fullerènes représentent une nouvelle famille de molécules constituées par un assemblage d'atomes de *carbone. Le premier fullerène, comportant 60 atomes de carbone (C60), a été mis en évidence en 1985 par Harold Kroto, Robert Curl et Richard Smalley, qui, pour cette découverte, ont reçu le prix Nobel de chimie en 1996. Ainsi s'est ouvert… Lire la suite
FULLERÈNES ET NANOTUBES

Écrit par :  Arnaud HAUDRECHY

  *Mis en évidence en 1985 et abondamment décrits par Richard Smalley, Robert Curl et Harold Kroto (qui seront récompensés pour cette découverte par le prix Nobel de chimie en 1996), les fullerènes représentent une nouvelle famille de molécules constituées par des atomes de carbone. C'est la troisième forme du carbone, après… Lire la suite
GÉMINATION, chimie

Écrit par :  Dina SURDIN

… *Processus par lequel deux substituants identiques se fixent sur un même carbone. Ainsi le dibromo-1,1-éthane peut également être appelé gem-dibromoéthane. Ce terme indique donc la position relative des substituants. Un carbone peut être gem-disubstitué par des groupements fonctionnels monovalents. Les glyc-1,1-ols ou gem-dialcools sont très… Lire la suite
GÉOCHIMIE

Écrit par :  René LETOLLE

Dans le chapitre "Groupe IV B"  : …  Le *carbone a un rôle spécial en géochimie comme support de la vie. Il ne s'incorpore aisément à aucun minéral particulier (ion trop petit) dans les roches ignées, où il se trouve alors essentiellement sous forme de graphite ou de diamant (celui-ci est métastable en dessous de 40 kbar et 3 000 0C) ; une autre forme ignée est… Lire la suite
GRAPHÈNE

Écrit par :  Bernard PIRE

… Le *graphène est un matériau constitué d'atomes de carbone fortement liés selon un motif hexagonal « en nid d'abeilles » ; on dit qu'il est bi-dimensionnel car son épaisseur est celle d'un atome. Empilées les unes sur les autres, les couches de graphène forment le graphite des crayons d'écoliers. Il est depuis quelques années l'objet de nombreuses… Lire la suite
KROTO HAROLD WALTER (1939- )

Écrit par :  Georges BRAM

…  dont l'analyse par spectroscopie de masse montra qu'elle était constituée de soixante atomes de *carbone. Curl, Smalley et Kroto pensaient que cette molécule devait avoir une structure de cage fermée ressemblant à un ballon de football, ce qui sera vite confirmé. Le nom de fullerène a été donné à ce type de molécule, par allusion à des… Lire la suite
MAGNÉTOCHIMIE

Écrit par :  Jean HOARAU

Dans le chapitre "Dosage du carbone dans les aciers"  : …  Les* caractéristiques propres au ferromagnétisme, pertes par hystérésis, champ coercitif, perméabilité réversible, sont utilisées pour doser par exemple le carbone dans les fontes et les aciers ou pour déterminer la taille des matériaux ferromagnétiques très divisés. Ces techniques qui permettent un dosage rapide et commode n'utilisent en fait que… Lire la suite
MATIÈRE (physique) - État solide

Écrit par :  Daniel CALÉCKI

Dans le chapitre "Les solides covalents"  : …  que l'attraction ionique des deux autres. Examinons des atomes plus complexes, tels ceux de *carbone, de silicium ou de germanium. Ils possèdent tous une couche de valence qui contient quatre électrons et qui peut en accueillir quatre autres pour être saturée. Un atome (0) va partager chacun de ses quatre électrons avec quatre atomes… Lire la suite
MÉTÉORITES

Écrit par :  Mireille CHRISTOPHE MICHEL-LEVYPaul PELLAS

Dans le chapitre "Le carbone"  : …  De nombreuses composantes de *carbone ont été détectées dans les différentes variétés de chondrites carbonées, soit à la suite d'attaques chimiques acides produisant des dissolutions préférentielles des matières minérales et le maintien des composés organiques, soit par des oxydations sélectives des polymères organiques, soit encore d'après l'… Lire la suite
NANOTUBES DE CARBONE

Écrit par :  Patrick BERNIER

… Les *nanotubes de carbone, découverts en 1991 par le chercheur japonais Sumio Iijima, font partie de la famille des systèmes carbonés parmi lesquels on trouve les fibres de carbone, les fullerènes, le graphite et le diamant. Un nanotube peut être visualisé comme un plan d'atomes de carbone (assemblés en hexagones, comme dans le graphite) enroulé sur… Lire la suite
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes

Écrit par :  René BIMBOTRené LETOLLE

Dans le chapitre "Système 13C/12C"  : …  Les deux groupes essentiels où le *carbone intervient sont les carbonates (calcaires, dolomies, carbonatites), les hydrocarbures et les « hydrates de carbone » naturels (fig. 1a). Les autres formes carbonées naturelles sont encore peu étudiées. Pour les carbonates, les compositions isotopiques sont déterminées par le système CO2-HCO… Lire la suite
NUCLÉOSYNTHÈSE

Écrit par :  Jean AUDOUZE

…  assez complexe du point de vue nucléaire se produit, conduisant à la transformation de l'hélium en *carbone et éventuellement en oxygène. Les réactions de fusion de l'hélium en carbone sont particulièrement sensibles à la température ; un très faible échauffement des régions centrales de ces étoiles peut emballer ces réactions et engendrer une… Lire la suite
ORGANIQUE CHIMIE

Écrit par :  Jacques METZGERCharles PRÉVOST

Dans le chapitre "Caractères fondamentaux"  : …  La chimie organique est dominée par la notion de fonction : en effet, le* carbone, mieux que tout autre élément, est capable de contracter, avec lui-même, des covalences stables ; il en résulte la possibilité d'édifier des chaînes purement carbonées, de longueur finie ou pratiquement indéfinie, linéaires, ramifiées ou… Lire la suite
PHOTOVOLTAÏQUE

Écrit par :  Jean-Claude MULLER

Dans le chapitre "Apport des nanotechnologies"  : …  utilisant des nanotubes de carbone, sera sans doute à explorer. Les nanotubes de carbone sont des *molécules de carbone cylindriques qui présentent des propriétés électriques et mécaniques inhabituelles qui leur permettent de trouver des applications dans l'électronique à l'échelle nanométrique et dans l'ingénierie mécanique. Leur tri selon leur… Lire la suite
PRÉHISTOIRE - Alimentation

Écrit par :  Hervé BOCHERENS

Dans le chapitre "Nous sommes ce que nous mangeons"  : …  *L'os se forme à partir des éléments chimiques apportés par la nourriture, notamment le carbone et l'azote, qui serviront à la synthèse du collagène. Cette protéine fibreuse très stable constitue la matrice organique de l'os, et représente environ 20 p. 100 de son poids sec à l'état frais. Tous les collagènes contiennent à peu près les mêmes… Lire la suite
PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

Écrit par :  Bernard LE NEINDREBoris OKSENGORNJacques ROMANDBoris VODAR

Dans le chapitre "Élaboration de matériaux"  : …  L'exemple le plus célèbre dans ce domaine est celui du diamant qui, étant une forme dense du *carbone cristallisé, n'est pas la phase stable à la pression ordinaire. La conversion directe du graphite (hexagonal) en diamant (cubique) se produit avec une extrême rapidité le long de la courbe de fusion extrapolée du graphite, c'est-à-dire à des… Lire la suite
SALPETER EDWIN ERNEST (1924-2008)

Écrit par :  Universalis

…  (Royaume-Uni) et entre à l'université Cornell (États-Unis), où il fera toute sa carrière. *En 1951, il suggère qu'à l'intérieur des étoiles vieilles le carbone est synthétisé par une réaction de fusion nucléaire, dite « triple alpha » : deux noyaux d'hélium (ou particule alpha) fusionnent en donnant un noyau de béryllium et un rayonnement… Lire la suite
SIDÉRURGIE

Écrit par :  Jean DUFLOT

Dans le chapitre "Décarburation"  : …  Le *carbone doit être considéré à part, car il est le premier des éléments d'alliage. L'accroissement de la masse de fer disponible se fait à partir de celui de la fonte obtenue au haut fourneau (en France, de 1970 à 1980 le rapport du tonnage de fonte au tonnage d'acier brut a été d'environ 0,82). Enfin, le carbone est le seul corps dont l'action… Lire la suite
SILICIUM

Écrit par :  Jacques DUNOGUÈSMichel POUCHARD

Dans le chapitre "Dérivés organiques"  : …  organosilicique et la chimie organique. Ainsi : – Le silicium est nettement plus volumineux que le* carbone (rayons atomiques en nanomètres [nm] : C, 0,091 ; Si, 0,132), ce qui entraîne que les liaisons impliquant le silicium sont comparativement plus longues que celles qui impliquent le carbone. Exemples (nm) : C−H, 0,109 ; Si−H, 0,148 ; C−C, 0,… Lire la suite
SMALLEY RICHARD (1943-2005)

Écrit par :  Georges BRAM

…  dont l'analyse par spectroscopie de masse montra qu'elle était constituée de soixante atomes de *carbone. Curl, Smalley et Kroto pensaient que cette molécule devait avoir une structure de cage fermée, ressemblant à un ballon de football, ce qui sera vite confirmé. Le nom de fullerène a été donné à ce type de molécule, par allusion à des… Lire la suite
STÉRÉOCHIMIE - Stéréochimie organique

Écrit par :  Henri B. KAGANCharles PRÉVOST

Dans le chapitre "Stéréochimie statique"  : …  YZ est interchangeable avec le couple ZY, puisqu'il n'existe qu'un composé CX2YZ. Il* faut donc que les quatre substituants identiques dans CX4 occupent les quatre sommets d'un tétraèdre régulier dont le carbone occupe le centre. Dans les composés CX3Y, CX2Y2, CX2YZ, ce tétraèdre… Lire la suite
TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES

Écrit par :  François CABANNES

Dans le chapitre "Élaboration des matériaux"  : …  fusion, mais doivent être toujours supérieures à la température d'utilisation du matériau. Le *carbone ne peut être ni fondu, ni fritté. On réalise des pièces de ce matériau, graphité ou non, par cuisson de produits à forte teneur en carbone, contenant des liants organiques, qui se décomposent en ne laissant que du carbone. Par traitement… Lire la suite
TEXTILE

Écrit par :  Eugène AMOUROUXJean-Yves DRÉANClaude FAUQUEAndré PARISOTMarc RENNERRichard A. SCHUTZ

Dans le chapitre "Les inorganiques"  : …  a carbonisé des fibres de bambou puis des fibres de coton pour réaliser ses premiers filaments de *carbone pour les lampes à incandescence. Depuis lors, on utilise pour la fabrication des fibres de carbone deux autres précurseurs : les polyacrylonitriles préoxydés et le brai. Les fibres de carbone présentent des propriétés mécaniques et thermiques… Lire la suite
ZIEGLER KARL WALDEMAR (1898-1973)

Écrit par :  Georges KAYAS

… *Chimiste allemand lauréat né à Helsa, près de Kassel, et mort à Mülheim an der Ruhr. Karl Waldemar Ziegler partagea avec Giulio Natta, du prix Nobel de chimie (1963) pour leurs recherches sur l'amélioration des matières plastiques. Après une thèse de doctorat à l'université de Marburg (1923), Ziegler occupa plusieurs postes académiques à Heidelberg… Lire la suite

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Cycle du carbone Diamant : propriétés physiques Diamant : structure États du carbone Diamant Graphite Graphite : représentations schématiques Dissociation de l'oxyde de carbone Carbonyles Métaux carbonyles : propriétés physiques Réactions 1 à 3

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