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Le Carbone

 

Le carbone

 

Le carbone est connu depuis l'Antiquité. Son nom vient du grec carbonis et du  latin carbon signifiant charbon. De symbole atomique C, c' est l'atome qui tient la place principale dans le monde de la structure moléculaire des organismes vivants.
Il ne fait cependant pas partie des éléments les plus abondants sur Terre et se place au seizième rang d'abondance relative des éléments de la croûte terrestre. La teneur de la croûte terrestre en carbone est de l'ordre de 200 ppm (i.e. 1 kg de croûte terrestre contient environ 200 mg de'élément carbone).
L'élément carbone est caractérisé par son nombre atomique égal à 6. Un atome de carbone possède donc six électrons dont quatre peuvent former au plus quatre liaisons avec de nombreux autres atomes, c'est cette propriété qui fait de la chimie du carbone une chimie très riche probablement indispensable à la vie.

 

Les isotopes du carbone


Trois isotopes du carbone sont connus:

    • 12C ou carbone 12, d'abondance relative atteignant 98,9 % sur Terre, stable ;
    • 13C , d'abondance relative variable (suivie par l'indice "delta C-13")  d'environ 1,11%; stable
  •  14C,  présent en très faible quantité (un atome de 14C pour mille milliards d'atomes de carbone 12C), radioactif.

 

  Formes allotropiques du carbone

Le carbone solide se présente sour trois formes allotropiques: le diamant, le graphite et les fullerènes dont les formes les plus courantes sont le C60 (aussi nommée "buckminsterfullerène" ou "buckyball" ou "footballène" car elle ressemble énormément à un ballon de football)  et le C70.

      

    Composés minéraux solides du carbone:

    carbonates

Les carbonates que l'on trouve dans les roches sédimentaires sont :

    • calcite (rhomboédrique) et aragonite (orthorhombique) : CaCO3
    • calcite magnésienne (5-15 % de Mg)
    • dolomite : CaMg (CO3)2

  

   Gaz contenant du carbone


Le dioxyde de carbone (ou gaz carbonique) est produit lors de la respiration des êtres vivants et lors de la combustion de la matière organique.  On le trouve en faible proportion dans l'atmosphère. Cependant, sa quantité augmente très rapidement depuis ces quelques dernières dizaines d'années.
Le dioxyde de carbone  gazeux a une odeur légèrement irritante, il est incolore et plus dense que l'air.
Sa solubilité dans l'eau est élevée (jusqu'à 8 g.L-1 ). Durant la carbonatation, de l'acide carbonique (CO2, H2O) est produit par réaction acido-basique puisqu'il fait partie du couple CO2, H2O / HCO3- . L'acide carbonique est bactéricide et confère aux boissons gazeuses une saveur rafraichissante.

Le monoxyde de carbone (CO) est toxique; il est produit par combustion incomplète des hydrocarbures.
Le méthane (CH4) est produit lors de la décomposition de la matière organique. Il est également appelé "gaz naturel" et sert de combustible.

Les CFC (chlorofluorocarbones ou fréons tels que le trichlorofluorocarbone ou fréon 11, CFCl3 ou le dichlorodifluorocarbone ou fréon 12 CF2Cl2) sont des composés artificiels qui étaient beaucoup utilisés dans les vaporisateurs d'aérosols, les systèmes réfrigérants ainsi qu'industriellement. Ils se trouvent encore dans l'atmosphère, à l'état de traces.

 

Le cycle du carbone fait intervenir

formes dissoutes du carbone:

  • le carbone inorganique dissous (CID) qui regroupe les espèces des couples acido-basiques CO2, H2O / HCO3- et HCO3- / CO32-
  • le carbone organique dissous (COD) qui regroupe les molécules organiques issues de la dégradation des végétaux supérieurs, des organismes aquatiques et de l'activité humaine(résidus, produits ophytosanitaires)

l
 

Bibliographie :

  • Le carbone La recherche n° 386 mai 2005
  • Le temps des datations dossier pour la science janvier/mars 2004
 

 
Equipe INRP de l'académie d'Orléans-Tours.