CARBONE

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Composés

Composés d'insertion

La structure très particulière du graphite (couches planes faiblement liées les unes aux autres) rend possible l'insertion d'atomes étrangers entre ces couches.

La structure rigide des carbones non graphitables rend difficile l'écartement des plans d'hexagones d'atomes ; dans les carbones graphitables, il existe une possibilité d'insertion d'atomes entre ces plans ; mais ceux-ci sont peu étendus et ainsi l'influence des bords de feuillets y est plus importante que dans le graphite, ce qui conduit à des composés d'insertion de compositions variées. On se rapproche d'autant plus des valeurs d'insertion obtenues avec le graphite que le carbone graphitable a été chauffé à température plus élevée et se trouve plus graphité.

Des composés d'insertion ont été obtenus avec le potassium, le césium, le fluor, le brome, des chlorures (parmi lesquels le chlorure ferrique a donné un produit très étudié), des oxydes, des sulfures, des acides concentrés (sulfurique, nitrique). Avec le fluor, par exemple, on obtient des produits de formules CF ou C4F ; avec le potassium C24K et C8K entre autres. Des produits d'oxydation particuliers du type insertion ont été obtenus avec des mélanges oxydants tels que le chlorate de potassium en présence d'acide nitrique. Ces produits ont été appelés acides ou oxydes graphitiques.

Halogénures

Plusieurs composés binaires de fluor et de carbone sont connus : CF4, C2F6, C3F8... Ils sont gazeux à la température ordinaire et se forment surtout par chauffage au rouge du composé d'insertion CF. La composition de ce dernier peut varier entre CF0,68 et CF0,99 et il est obtenu par action du fluor sur le graphite à 420-450 0C sous la pression atmosphérique, les atomes de fluor formant une couche de part et d'autre de chaque couche de carbone. Il existe un autre composé d'insertion, le composé solide C4F dont la formule peut varier entre C4F et C3,6F et qui est obtenu par passage d'un mélange de fluor et d'acide fluorhydrique sur le graphite à la température ordinaire.

Le tétrachlorure de carbone CCl4 ne peut se préparer par action directe du chlore sur le carbone. Ce corps est l'objet d'une fabrication industrielle et peut être obtenu par la réaction :

en présence de chlorure d'aluminium agissant comme catalyseur. Il se forme aussi par chloration du méthane. C'est un corps ininflammable utilisé comme extincteur des feux électriques et comme solvant des graisses et des goudrons (nettoyage à sec des vêtements). Mais il est toxique et son absorption accidentelle massive détermine un coma et des complications secondaires très sérieuses : hépatite et néphrite.

L'oxychlorure de carbone COCl2, appelé encore phosgène, se forme par addition du chlore sur l'oxyde de carbone. C'est un gaz incolore, suffocant, extrêmement toxique, qui fut utilisé comme gaz de combat pendant la Première Guerre mondiale. Chlorure d'acide de l'acide carbonique, l'eau le décompose assez rapidement en libérant l'anhydride :

C'est un intermédiaire des industries des colorants et des produits pharmaceutiques.

Le tétrabromure et le tétraiodure de carbone sont solides à la température ordinaire et on connaît différents autres dérivés oxyhalogénés du carbone tels que l'oxyfluorure COF2 gazeux à la température ordinaire et l'oxybromure COBr2 liquide très toxique.

Oxydes

Trois composés binaires du carbone et de l'oxygène, de formules respectives C3O2, CO et CO2 sont connus. Seuls les deux derniers sont importants.

Le sous-oxyde C3O2 est un liquide toxique. Il est obtenu soit par décomposition thermique sous pression réduite de l'anhydride diacétyltartrique ou de l'acide malonique en présence d'anhydride phosphorique. Peu stable, il se polymérise en un solide rouge. Il se comporte aussi comme un anhydride de l'acide malonique.

Monoxyde

Ce composé est préparé en quantités considérables dans l'industrie, généralement en mélange avec d'autres gaz, tout particulièrement par combustion incomplète du carbone (gaz à l'air) et par action de la vapeur d'eau sur le carbone au rouge selon la réaction :

Le gaz de cokerie produit par pyrolyse de la houille renferme une certaine quantité d'oxyde [...]

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Écrit par :

  • : ancien élève de l'École nationale supérieure de physique et de chimie de Paris, agrégé de physique, professeur honoraire de chimie générale à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : docteur ès sciences, professeur honoraire de l'université de Paris-VI et de l'École centrale des arts et manufactures

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Pour citer l’article

Jean AMIEL, Henry BRUSSET, « CARBONE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/carbone/