Carbone C

Découverte

Le carbone est connu depuis la préhistoire sous forme de suie et de charbon de bois, que les premiers humains utilisaient pour les peintures rupestres et pour la fonte des métaux. Les diamants étaient déjà prisés dans l'Inde antique. Ce que personne ne savait, c'est que ces substances si différentes étaient un seul et même élément.

Dans les années 1770, Antoine Lavoisier montra que le diamant brûle en formant de « l'air fixe », le gaz que nous appelons dioxyde de carbone, exactement comme le charbon de bois. En 1796, Smithson Tennant prouva que des masses égales de diamant et de charbon de bois produisent la même quantité de dioxyde de carbone, démontrant ainsi que le diamant est du carbone pur. Le graphite, longtemps pris pour une forme de plomb, fut reconnu comme du carbone en 1779 par Carl Wilhelm Scheele.

Le XXe siècle révéla de nouvelles formes. Le buckminsterfullerène, une molécule C60 en forme de ballon de football, fut découvert en 1985 et valut un prix Nobel en 1996. Les nanotubes de carbone furent décrits en détail en 1991 et, en 2004, Andre Geim et Konstantin Novoselov isolèrent le graphène, une couche unique d'atomes de graphite, ce qui leur valut le prix Nobel de physique 2010.

Origine du nom

Le nom vient du latin carbo, qui signifie charbon de bois ou charbon. Lavoisier fit figurer le « carbone » dans sa liste des éléments de 1789. Le symbole est C.

Principales utilisations

• Énergie : le charbon, le pétrole et le gaz naturel, tous des combustibles carbonés, fournissent encore l'essentiel de l'énergie mondiale.
• Acier : de petites quantités de carbone transforment le fer en acier, et le coke sert à réduire le minerai de fer.
• Matériaux : le graphite entre dans les crayons, les lubrifiants et les anodes de batteries ; la fibre de carbone donne des articles de sport et des pièces d'avion légers et résistants.
• Industrie : les diamants taillent et polissent les matériaux durs ; le charbon actif purifie l'eau et l'air.
• Chimie : plastiques, médicaments, colorants et solvants sont tous des composés organiques, fondés sur le carbone.

Isotopes

Le carbone possède deux isotopes stables : le carbone 12, environ 98,9 %, et le carbone 13, environ 1,1 %. Le carbone 12 sert à définir l'unité de masse atomique. Le carbone 13 est utilisé en spectroscopie RMN et dans les tests respiratoires de dépistage des infections de l'estomac.

Le carbone 14 est radioactif, avec une demi-vie d'environ 5 730 ans. Il se forme en continu dans la haute atmosphère et pénètre dans les êtres vivants ; après la mort, sa quantité décroît régulièrement, ce qui permet de dater des restes organiques jusqu'à environ 50 000 ans. Willard Libby mit au point cette méthode de datation au radiocarbone et reçut le prix Nobel de chimie 1960.

Dans la vie quotidienne

Le carbone représente environ 18 % de la masse du corps humain. Les plantes captent le dioxyde de carbone par la photosynthèse et les animaux le rejettent en respirant. La combustion des combustibles fossiles a fait monter le dioxyde de carbone atmosphérique bien au-dessus des niveaux préindustriels, ce qui entraîne le changement climatique.

Le monoxyde de carbone, produit par une combustion incomplète, est un poison incolore et inodore ; c'est pourquoi les logements équipés d'appareils à combustion gagnent à installer un détecteur de CO.