Carbone

Le carbone (lat. Carboneum) est un élément chimique dans le tableau périodique des éléments, son symbole est C, il a 4 liaisons et son numéro de proton est 6. Le carbone constitue le bloc de base de toutes les composés organiques et donc de tous les organismes vivants. Les composés du carbone sont l'une des bases de l'économie mondiale, les combustibles fossiles tels que le gaz naturel et le charbon servent comme source d'énergie pour la production d'électricité et le chauffage, les produits du pétrole (essence, diesel, huiles lourdes) sont indispensables pour le fonctionnement des moteurs à combustion. Les produits de l'industrie chimique à base de carbone font partie de la vie quotidienne, qu'il s'agisse de matières plastiques, de fibres synthétiques, de peintures ou de médicaments.

Formes du carbone
Carbone élémentaire
Le carbone est un élément non métallique typique, qui se trouve en tant que minerai dans son état élémentaire dans la nature sous deux formes fondamentales et, au cours des environ 20 dernières années, une troisième forme a été créée en laboratoire:

Le graphite est composé de carbone qui cristallise en écailles hexagonales et appartient aux minerais les plus doux connus. Cette propriété est utilisée, par exemple, dans la fabrication de crayons, où le mélange broyé de graphite et de calcaire forme la composante de base du bâton destiné à l'écriture ou au dessin.
Le diamant est composé de carbone qui cristallise dans un système cubique, c'est un minerai très précieux et appartient aux matériaux les plus durs. Le poids des diamants est exprimé en carats, le diamant le plus grand jamais trouvé était le Cullinan, qui pesait 3 106 carats (621,2 g) lors de sa découverte brute en Afrique du Sud.[1]
Les fullerènes sont des molécules sphériques nouvellement découvertes, composées de cinq ou plus souvent de six cycles d'atomes de carbone. Dans l'espace, ces molécules sont disposées en forme sphérique et sont extrêmement résistantes aux influences physiques externes. Le fullerène le plus stable connu à ce jour est une molécule contenant 60 atomes de carbone. Les fullerènes sont artificiellement préparés par pyrolyse de composés organiques au laser. Pour la découverte et l'étude des propriétés des fullerènes, le prix Nobel de chimie a été décerné en 1996 à Robert F. Curl, Richard E. Smalley et Harold W. Kroto. Actuellement, la recherche sur les propriétés et les méthodes de préparation des fullerènes est intensément étudiée dans de nombreuses institutions scientifiques de pointe à travers le monde.
Le graphène est similaire au graphite, à la différence près qu'il s'agit du matériau le plus fin et le plus dur du monde. Il a été découvert par Andre Geim et son collègue Konstantin Novoselov en 2004. Les électrons du graphène semblent violer la physique. Ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière sans se heurter. Cela peut être utilisé dans les transistors, les mémoires ou les microprocesseurs.

Occurrence et utilisation

Graphite

Plus d'informations dans l'article principal : Graphite

Le graphite est un minerai qui se trouve dans de nombreux endroits sur Terre. Certaines des plus grandes mines de graphite se trouvent aux États-Unis (Texas et New York), au Mexique, en Inde et en Russie. Le graphite est également un composant des suies, qui se forment lors de la combustion des combustibles fossiles. Cependant, les particules sont si petites que la suie a plutôt les propriétés du carbone amorphe.

Le graphite est industriellement utilisé principalement pour la fabrication de crayons. Il est d'abord broyé très finement avec du calcaire, puis pressé en forme appropriée. En forme pure, sans calcaire, il est pressé en mines pour les peintres et les graphistes.

Une autre utilisation importante du graphite est dans l'industrie métallurgique. En raison de sa très bonne résistance thermique, on en fait des récipients, appelés cochons, dans lesquels sont coulés les métaux et leurs alliages. Cela empêche la contamination des métaux fondus par le métal dont le cochon devrait être fait. On fait également des électrodes en graphite pour la production électrolytique de aluminium à partir de la fusion de bauxite et de cryolite ou pour la production de silicium à partir de la fusion de oxyde de silice.

Graphite verre[

Une forme artificielle du graphite est le graphite verre (angl. glassy carbon), qui se caractérise par une densité élevée, une faible porosité et une excellente résistance chimique et mécanique. En pratique, il est fabriqué par une décomposition thermique (pyrolytique) longue et contrôlée de précises substances organiques à la surface du graphite normal.

En raison des propriétés physiques et chimiques exceptionnelles du graphite verre, son utilisation pratique, malgré son prix élevé, s'étend toujours.

Pour l'électrochimie, il est important que les surfaces des électrodes en graphite verre soient chimiquement très résistantes et que l'on puisse atteindre un potentiel positif élevé sans qu'il y ait de dissolution, contrairement aux électrodes métalliques normales. Cela peut être utilisé à la fois dans l'analytique chimique pour l'étude des propriétés électrochimiques des molécules organiques, que pour l'oxydation préparative dans la production de certains composés.

La méthode analytique GFAAS (spectrométrie d'absorption atomique avec atomisation sans flamme) utilise une cuvette pour évaporer l'échantillon analysé, qui est chauffée pendant quelques secondes à une température d'environ 3 000 °C. Le revêtement de la surface intérieure de cette cuvette avec du graphite verre augmente considérablement sa résistance et, par rapport à la cuvette en graphite classique, prolonge sa durée d'utilisation.

Dans la métallurgie, des tubes recouverts de graphite verre sont utilisés pour le nettoyage des métaux par la méthode du fondage zonal, dans lequel tout le processus a lieu.

Les ustensiles de laboratoire avec une surface en graphite verre atteignent une résistance chimique égale ou même meilleure que celle des ustensiles en platine ou en alliage de rhodium.

Ambre

pandants en ambre avec des fossiles incrustés

Une forme particulière de minerai carboné est l'ambre - un résidu minéralisé d'une résine tertiaire datant d'environ 50 millions d'années. La composition chimique moyenne de l'ambre a été déterminée comme C₁₀H₁₆O. La couleur de base de l'ambre est dorée, mais on peut trouver aussi des variétés complètement transparentes, rouges, marron et blanches.

Il se trouve en Europe comme résine fossilisée des pins et en Amérique centrale et au Mexique, où il s'agit de la résine d'une plante tropicale kopál.

L'importance de l'ambre est surtout dans la production de bijoux et d'objets décoratifs. Le projet le plus important dans ce domaine est probablement la célèbre Chambre en ambre, une pièce décorée de blocs d'ambre merveilleusement travaillés dans le palais impérial de Petrograd. Pendant la Deuxième Guerre mondiale, les forces d'occupation allemandes ont démonté la Chambre en ambre et l'ont emportée vers un lieu inconnu. A ce jour, on ne cesse de chercher cette œuvre culturelle sans succès.

Une autre importance de l'ambre est paléoanthropologique. Dans la matière des trouvailles en ambre, les corps d'insectes tertiaires, le pollen des plantes d'alors et d'autres artefacts sont souvent parfaitement conservés.

Il est intéressant de noter qu'on n'a pas encore réussi à produire de l'ambre artificiellement, malgré la connaissance bien établie de sa composition chimique et du processus présumé de sa formation.