Élément chimique · fiche de référence

Carbone

Le carbone est l’élément 6 (C), situé en période 2, groupe 14 et dans le bloc p. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [He] 2s2 2p2.

Numéro atomique6

Poids atomique standard[12,0096 ; 12,0116]

Groupe14

Période2

Blocp

Configuration électronique[He] 2s2 2p2

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

Les éléments du groupe 14 possèdent quatre électrons de valence. Les liaisons covalentes sont particulièrement importantes pour les membres légers, tandis que le caractère métallique augmente en descendant dans le groupe.

Pour le carbone, la configuration [He] 2s2 2p2 fixe le nombre et l’énergie des électrons externes engagés dans les liaisons. La structure du solide ou du composé et l’état d’oxydation déterminent ensuite les propriétés observées.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

Le carbone élémentaire existe sous plusieurs allotropes, notamment le graphite et le diamant ; le graphène correspond à un feuillet unique de type graphite. Dans ses composés, le carbone forme des chaînes et cycles C–C, des liaisons multiples, des carbonates, du dioxyde de carbone, des hydrocarbures et l’ossature moléculaire de la biochimie.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 1,821 g/cm³. Lorsqu’une température de changement d’état n’est pas indiquée, le comportement peut dépendre fortement de l’allotrope ou de la pression, ou ne pas disposer d’une valeur de référence suffisamment robuste. La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le carbone est au cœur des molécules organiques du vivant. Dans la nature, on le rencontre aussi sous des formes élémentaires très différentes comme le graphite et le diamant, ainsi que dans le dioxyde de carbone et les carbonates. Ses matériaux et composés sont omniprésents, des aciers aux électrodes en graphite en passant par les fibres de carbone.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

molécules du vivant

Le carbone forme l’ossature moléculaire des protéines, glucides, lipides, acides nucléiques et de très nombreux autres composés biologiques.

graphite

Le graphite est utilisé lorsque conduction électrique, lubrification ou résistance à la chaleur sont recherchées.

diamant

Le diamant sert d’abrasif et de matériau de coupe grâce à son réseau covalent tridimensionnel extrêmement dur.

matériaux composites

Le carbone intervient dans des composites qui associent faible masse, rigidité, résistance mécanique ou tenue à la chaleur.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le carbone est en période 2 et dans le groupe 14. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre le bore et l’azote sur la même période ; le silicium est juste au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationnon-métal

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 4

Masse volumique1,821 g/cm³

Point de fusion—

Point d’ébullition—

Électronégativité de Pauling2,55

Première énergie d’ionisation1 086 kJ/mol

Affinité électronique121,8 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

Le carbone ou des matériaux qui en contiennent étaient connus dans l’Antiquité, bien avant la théorie atomique. L’élément moderne est défini par son numéro atomique 6, ce qui le distingue sans ambiguïté des composés et mélanges utilisés autrefois.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est donné sous forme d’intervalle : [12.0096, 12.0116]. Les proportions isotopiques varient légèrement selon les échantillons naturels ; une seule valeur décimale masquerait cette variation réelle.

Le carbone possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au carbone dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le carbone élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.