Carbone

Le Carbone, pourquoi, comment et dans quelles utilisations

Élément considéré comme étant rare, le carbone fait l'objet d'une étude spécifique, à travers la chimie organique, et joue un rôle majeur dans le flux d'éléments entre l'être vivant et son environnement (C02, ADN), mais également, en assurant la synthèse des molécules dans les études et les recherches chimiques.

Les différents aspects du carbone.

Classé suivant un numéro atomique Z=6, et avec une masse molaire de 12,0107g/mol, le carbone est un élément tétravalent et existe dans le milieu naturel sous trois formes, qui sont entre autres, le carbone suie, le graphite ainsi que le diamant. Toutefois, les recherches ont abouti à de nouvelles formes de carbone pour donner deux autres types qui sont, les nanotubes et les fullerènes.

Le carbone sous sa forme naturelle.

La cristallisation du carbone en forme de cube lui donne une densité égale à 3,55 et l'appellation de diamant. Sous cette forme, les atomes ont un rayon de 77 pm avec une dureté égale à 10, suivant la mesure de Mohs, qui fait de lui, le matériau le plus dur dans la nature. Le carbone diamant s'exploite principalement en Russie, au Botswana, en Afrique du Sud et en Australie. Sous sa forme graphite, le carbone se présente à l'état solide avec un reflet noir. Sa dureté est inférieure à 2, suivant la mesure de Mohs, et la distance entre les atomes est en général, de 144 pm. Par ailleurs, dans le milieu industriel, il s'utilise dans les fabrications mécaniques, mais également électriques en tant qu'électrode, cathode ou encore comme élément modérateur dans les constructions nucléaires.

Pour ce qui est du carbone suie, il est principalement composé de sels, de particules minérales ou d'espèces carbonées. De couleur noire, il a la particularité d'absorber les rayons du soleil et autres sources lumineuses. Ce type de carbone provient, notamment, des moteurs diesel, de la combustion du bois et de tout type de combustibles d'origine fossile ou de biomasse, dont le processus de combustion n'est pas complet. C'est également un élément dont les particules sont inférieures à 2,5 µm.

Le carbone sous sa forme développée.

Le fullerène a été découvert en 1985. C'est un carbone dont les molécules sont de formes sphériques à 12 sommets d'atomes de carbone en pentagone, et de 20 pointes d'atomes de carbone en hexagone. Ce type de carbone peut être synthétisé dans un état gazeux et solide. Sa manipulation peut donner naissance à des matériaux plus durs que le diamant. Pour ce qui est du nanotube, il a une forme cristalline en tube, mais d'aspect creux. Il est obtenu à partir de la composition du carbone et du sulfure, de l'halogénure ou du nitrure de bore. Par ailleurs, les nanotubes contribuent actuellement au développement technologique, en assurant le contrôle de la structure des molécules. Ainsi, suivant la structure de nanotubes, ils peuvent avoir des caractéristiques isolantes ou conductrices électriques, les rendant indispensables, tant dans la connectivité des fils que dans la composition des circuits électriques.

Le Carbone mais pour quelles utilisations ?

fibre de carbone Mis à part l'utilisation du diamant dans joaillerie ou dans la découpe de métaux résistants, ou l'usage du graphite dans la chimie en tant que charbon actif, pour traiter l'eau ou encore pour purifier les différentes sources de gaz, le carbone est actuellement développé sous une forme de cristal microscopique dont les atomes sont alignés parallèlement, sur une fibre. Ce système d'alignement rend ainsi, la fibre solide, mais souple et résistante. Par ailleurs, avec ces caractéristiques, la fibre de carbone supporte un niveau de traction et de pression élevé, tout en présentant un aspect modulable et une conductivité à l'électricité et à la température, optimale. D'ailleurs sur la dernière voiture de BMW le modèle I3, l'habitacle et certaines pièces de carrosseries ont été faites en fibre de carbone.

Il existe également un matériau issu de feuillet de Carbone : le graphène.
Léger et résistant, il pourrait convenir à la construction d'automobiles, d'avions car étant plus léger et plus résistant que l'acier, il est donc moins énergivore. Il est également un très bon conducteur, mieux un supraconducteur, son utilisation dans la micro-informatique, dans le stockage de l'énergie et déjà au cœur de toutes les préoccupations de différents pays et de centres de recherche.

Enfin, le carbone sert également dans la datation des organismes morts et des matériaux inertes, à travers l'identification des activités en carbone 14 effectuées par ces derniers. Le carbone 14 est ainsi, présenté comme un type de carbone possédant 6 protons et 8 neutrons. En ce sens, comme les organismes non vivants ne peuvent plus assimiler du carbone, connaitre les dernières absorptions en carbone 14 sur un organisme inerte, permettra de dater l'âge de sa mort.

Du Carbone, en passant par le Carbone-Carbone !