Carbone

Définition du carbone

nom
pluriel : carbones
car-bon, /ˈkɑɹbən/

(biochimie) Élément chimique de numéro atomique 6, et largement répandu formant des composés organiques lorsqu’il est combiné avec l’hydrogène, l’oxygène, etc.

Etymologie : Latin carbō (« charbon de bois », « charbon »). Symbole : C

Aperçu

Le carbone est l’un des éléments chimiques présents dans la nature. Un élément chimique désigne la substance pure d’un type d’atome. Actuellement, 94 sont des éléments naturels alors que 24 sont synthétiques. Le carbone est l’un des éléments les plus courants dans les êtres vivants, avec l’oxygène, l’hydrogène et l’azote.

Propriétés du carbone

Le carbone est le sixième élément du tableau périodique. Son poids atomique est de 12,011. Son symbole est C. Son point de sublimation 3642 °C. Le carbone est un non-métal. Son numéro atomique est 6. Il appartient au groupe 14 du tableau périodique. Il peut se présenter sous forme d’atome ou d’élément pur. Selon la configuration structurelle, les allotropes du carbone varient sur le plan morphologique. Par exemple, le graphite est opaque et noir alors que le diamant est transparent. Le carbone est tétravalent, ce qui signifie qu’il a une valence de quatre électrons. Il peut former tellement de composés qu’on le surnomme le roi des éléments.

Découverte du carbone

Le carbone est un non-métal polyatomique, parfois considéré comme un élément métalloïde. Il a été découvert par les Égyptiens et les Sumériens (3750 avant notre ère)1 mais il a été reconnu comme un élément pour la première fois par Antoine Lavoisier (1789)2.

Substances contenant du carbone

Le carbone est l’un des éléments les plus abondants sur Terre. Il possède trois isotopes naturels : Carbone-12, Carbone-13, et Carbone-14. Le carbone peut interagir avec d’autres atomes de carbone et former des allotropes. Il peut également interagir avec des atomes ou des groupes d’atomes de différents éléments pour former des composés. Les composés contenant du carbone peuvent être classés comme organiques ou inorganiques.

Isotopes

Les isotopes désignent l’une des deux formes ou plus d’un même élément. Ils ont le même nombre de protons mais diffèrent par le nombre de neutrons dans leurs noyaux. Ils diffèrent donc par leur numéro de masse atomique. Néanmoins, ils présentent des propriétés chimiques presque identiques. Les isotopes du carbone présents dans la nature sont le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14. Le carbone 12 et le carbone 13 sont des isotopes stables. Le carbone 14 est un radioisotope, c’est-à-dire un isotope radioactif. Un radio-isotope se désintègre en d’autres éléments par un processus appelé désintégration radioactive. Ce processus se produit lorsque le noyau atomique instable du radio-isotope perd de l’énergie en émettant un rayonnement. Le carbone 14 est un émetteur bêta dont la demi-vie est d’environ 5 715 ans. Il est largement utilisé comme traceur dans l’étude de divers aspects du métabolisme. Cet isotope naturel provenant du bombardement par les rayons cosmiques peut être utilisé pour dater les reliques contenant des matériaux carbonés naturels. Le carbone 11 est un isotope synthétique ; il est produit par cyclotron. C’est un radio-isotope du carbone émettant des positons avec une demi-vie de 20,3 minutes qui est utilisé dans la tomographie par émission de positons.

Allotrope

Un allotrope d’un élément se rapporte à l’une des multiples substances formées par un seul type d’élément. Les allotropes peuvent cependant différer en termes de structure. Par exemple, le charbon, le graphite et le diamant sont des allotropes du carbone. Bien qu’ils soient constitués d’un seul type d’élément, le carbone, ils diffèrent par leurs propriétés physiques. Par exemple, le graphite est opaque alors que le diamant est transparent. Le graphite est mou alors que le diamant est considéré comme la substance naturelle la plus dure. Le graphite est un bon conducteur électrique alors que le diamant ne l’est pas. Les allotropes cependant ne sont pas des composés mais des éléments purs.

Composés organiques

Les composés organiques sont initialement définis comme les substances produites uniquement par les organismes vivants. Cependant, cette définition a ensuite été considérée comme erronée car il existe des substances qui peuvent être produites à la fois par des êtres vivants et inanimés. Ainsi, un composé organique a finalement été défini comme « un composé qui contient du carbone lié de manière covalente à d’autres atomes », en particulier le carbone-carbone (C-C) et le carbone-hydrogène (C-H) (comme dans les hydrocarbures). Il existe de nombreuses façons de classer les composés organiques. L’une d’entre elles se base sur la manière dont ils sont synthétisés. Un composé organique naturel (ou simplement composé naturel) est un composé produit naturellement, par exemple par des plantes ou des animaux. Un composé organique synthétique (ou composé synthétique) est un composé organique qui est préparé par des manipulations chimiques (réactions chimiques). Les exemples de composés organiques naturels sont les sucres, les enzymes, les hormones, les lipides, les antigènes, les acides gras, les neurotransmetteurs, les acides nucléiques, les protéines, les peptides, les acides aminés, les vitamines, les lectines, certains alcaloïdes et les terpénoïdes, etc. Des exemples de composés organiques synthétiques sont les polymères synthétiques tels que les plastiques et les caoutchoucs.

Composés inorganiques

Une représentation générale d’un composé inorganique est un composé dépourvu d’atomes de carbone et archaïquement, non produit par un être vivant. Plus tard, on le définit comme un composé dépourvu de liaisons covalentes C-C et C-H. Certains des composés contenant du carbone identifiés comme inorganiques sont les carbonates, les cyanures, les carbures, les thiocyanates, le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone.

Cycle du carbone

Le carbone est le quatrième élément le plus abondant dans l’Univers, après les éléments hydrogène, hélium et oxygène. Quant à la croûte terrestre, le carbone est le 15e élément le plus abondant. Ainsi, le carbone circule largement et est converti d’une forme à une autre. Le cycle du carbone est l’un des cycles biogéochimiques qui se produisent sur Terre. Le carbone circule dans la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère.

Dans l’atmosphère, le carbone existe principalement sous forme de dioxyde de carbone et de méthane. Ces deux éléments sont les principaux facteurs responsables de l’effet de serre. Le dioxyde de carbone est considéré comme un important gaz à effet de serre, plus que le méthane. La concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a augmenté au fil des ans et l’un des principaux facteurs qui a conduit à cette augmentation est l’activité humaine, par exemple la combustion de combustibles fossiles, la fabrication de béton, les déforestations, etc.

Dans les conditions terrestres, la quantité de carbone est relativement constante. Le carbone est présent et stocké dans les organismes (environ 500 gigatonnes de carbone) et dans les sols (environ 1500 gigatonnes de carbone). Le carbone organique est utilisé par les organismes vivants, en particulier par les photoautotrophes. Les organismes photoautotrophes tels que les plantes et les cyanobactéries utilisent le dioxyde de carbone comme un important réactif pour produire des sucres par photosynthèse. Les organismes vivants étant constitués de composés à base de carbone, ils sont décomposés en composés plus petits et plus simples lors de leur mort. Les organismes vivants excrètent ou sécrètent également des matières qui sont considérées comme des matières organiques. Une matière organique désigne tout composé à base de carbone présent dans la nature. Cette matière organique provenant des êtres vivants devient une partie de l’environnement. Ainsi, la matière organique abonde dans l’écosystème, par exemple l’écosystème du sol. Elle se déplace dans le sol ou dans l’eau courante où elle sert alors de source de nutrition aux organismes vivants.
En dehors de ces sources biogènes, le dioxyde de carbone est produit par d’autres sources naturelles telles que les volcans, les sources chaudes et les geysers. Les volcans, en particulier, émettent environ 0,2 à 0,3 milliard de tonnes de dioxyde de carbone par an. Les roches carbonatées dissoutes dans l’eau et les acides sont également une source de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone se dissout dans diverses masses d’eau à des pressions supérieures à 5,1 atm. Il retourne dans l’atmosphère sous forme de gaz lorsque les pressions diminuent.

Importance biologique

Le carbone est souvent considéré comme la base de la vie sur terre en raison de ses propriétés chimiques. Dans le corps humain, il est le deuxième élément le plus abondant en masse, après l’oxygène. Le carbone constitue environ 18,5% du corps humain adulte.

Voir aussi

• Covalent. covalente
• Composé organique
• Matière organique
• Composé inorganique

Référence