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Carbone

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Cet article concerne l'élément chimique. Pour les autres significations, voir Carbone (homonymie).

Carbone
Image illustrative de l’article Carbone
Graphite (à gauche) et diamant (à droite), les deux allotropes du carbone les plus connus
Bore ← Carbone → Azote
—
  Structure cristalline hexagonale
 
6		 C
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
C
↓
Si
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole C
Nom Carbone
Numéro atomique 6
Groupe 14
Période 2e période
Bloc Bloc p
Famille d'éléments Non-métal
Configuration électronique [He] 2s2 2p2
Électrons par niveau d’énergie 2, 4
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 12,010 74 ± 0,000 8 u[1],[2]
Rayon atomique (calc) 70 pm (67 pm)
Rayon de covalence sp3 76 ± 1 pm[3]

sp2 73 ± 2 pm[3]
sp 69 ± 1 pm[3]

Rayon de van der Waals 150 pm[4]
État d’oxydation -4, 0, +4, +2
Électronégativité (Pauling) 2,55
Oxyde Acide faible
Énergies d’ionisation[5]
1re : 11,260 30 eV 2e : 24,383 3 eV
3e : 47,887 8 eV 4e : 64,493 9 eV
5e : 392,087 eV 6e : 489,993 34 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
12C98,93 %stable avec 6 neutrons
13C1,07 %stable avec 7 neutrons
14Ctrace5 730 ansβ–0,15614N
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire Solide diamagnétique
Allotrope à l'état standard Graphite
Autres allotropes Diamant, graphène, nanotubes, fullerènes, carbone amorphe
Masse volumique 1,8 à 2,1 g·cm-3 (amorphe),

1,9 à 2,3 g·cm-3 (graphite),
3,15 à 3,53 g·cm-3 (diamant),
3,513 g·cm-3 (diamant gemme, 25 °C)[1]

Système cristallin Hexagonal[6] (graphite)
Cubique diamant[7] (diamant)
Dureté (Mohs) 0,5
Couleur Noir (graphite)
Point d’ébullition 3 825 °C (sublimation)[1]
Énergie de vaporisation 355,8 kJ·mol-1
Point triple 4 489 °C, 10 800 kPa
Volume molaire 5,29×10-6 m3·mol-1
Vitesse du son 18 350 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique 710 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 61×103 S·m-1
Conductivité thermique 129 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-44-0[8]
No ECHA 100.028.321
Précautions
SIMDUT[9]

Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le carbone est l'élément chimique de numéro atomique 6, de symbole C. Il possède trois isotopes naturels : les carbones 12 (12C) et 13 (13C) qui sont stables et le carbone 14 (14C) qui est radioactif de demi-vie 5 730 années, utilisé pour dater des objets ayant incorporé du carbone naturel[a].

Le carbone est l'élément le plus léger du groupe 14 du tableau périodique. Le corps simple carbone présente plusieurs formes allotropiques dont principalement le graphite et le diamant. L'élément carbone forme divers composés inorganiques comme le dioxyde de carbone CO2, et une grande variété de composés organiques et de polymères. C'est l'élément de base de toutes les formes de vie connues.

Le carbone est le 4e élément le plus abondant dans l'univers et le 15e le plus abondant dans la croûte terrestre. Il est présent sur Terre à l'état de corps simple (charbon et diamants), de composés inorganiques (CO2) et de composés organiques (biomasse, pétrole et gaz naturel). De nombreuses structures basées sur le carbone ont également été synthétisées : charbon actif, noir de carbone, fibres, nanotubes, fullerènes et graphène.

La combustion du carbone sous toutes ses formes a été le fondement du développement technologique dès la préhistoire. Les matériaux à base de carbone ont des applications dans de nombreux autres domaines : matériaux composites, batteries lithium-ion[10], dépollution de l'air et de l'eau[11],[12], électrodes pour les fours à arc ou la synthèse de l'aluminium, etc. Diverses recherches scientifiques ont mis en évidence la possibilité d'utiliser le carbone comme catalyseur ou support de catalyseur[13],[14] et comme électrocatalyseur[15],[16].

  1. ↑ a b et c (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ L' IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights donne: min: 12,0096 max: 12,0116 moy: 12,0106 ± 0,001; valeur cohérente avec une teneur en isotope 13 de 1,0565 %
  3. ↑ a b et c (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. ↑ Paul Arnaud, Brigitte Jamart, Jacques Bodiguel, Nicolas Brosse, Chimie Organique 1er cycle/Licence, PCEM, Pharmacie, Cours, QCM et applications, Dunod, , 710 p., Broché (ISBN 2100070355)
  5. ↑ "Ionization Energies of Atoms and Atomic Ions," in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 91st Edition (Internet Version 2011), W. M. Haynes, ed., CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL., p. 10-203
  6. ↑ (en) D. D. L. CHUNG, « Review Graphite », Journal of Materials Science (en), vol. 37,‎ , p. 1475 – 1489 (DOI 10.1023/A:1014915307738)
  7. ↑ (en) Jenő Sólyom, Fundamentals of the physics of solids vol. 1 Structure and Dynamics, Springer, , 204 p.
  8. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  9. ↑ « Carbone » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  10. ↑ Jazer Jose H. Togonon, Pin-Chieh Chiang, Hong-Jhen Lin et Wei-Che Tsai, « Pure carbon-based electrodes for metal-ion batteries », Carbon Trends, vol. 3,‎ , p. 100035 (ISSN 2667-0569, DOI 10.1016/j.cartre.2021.100035, lire en ligne, consulté le )
  11. ↑ P. González-García, « Activated carbon from lignocellulosics precursors: A review of the synthesis methods, characterization techniques and applications », Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82,‎ , p. 1393–1414 (ISSN 1364-0321, DOI 10.1016/j.rser.2017.04.117, lire en ligne, consulté le )
  12. ↑ Pavani Dulanja Dissanayake, Siming You, Avanthi Deshani Igalavithana et Yinfeng Xia, « Biochar-based adsorbents for carbon dioxide capture: A critical review », Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 119,‎ , p. 109582 (ISSN 1364-0321, DOI 10.1016/j.rser.2019.109582, lire en ligne, consulté le )
  13. ↑ (en) Ádám Prekob, Viktória Hajdu, Gábor Muránszky et István Kocserha, « Application of carbonized ion exchange resin beads as catalyst support for gas phase hydrogenation processes », Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 129, no 1,‎ , p. 85–94 (ISSN 1878-5204, DOI 10.1007/s11144-019-01694-7, lire en ligne, consulté le )
  14. ↑ (en) Emőke Sikora, Adrienn Kiss, Zsuzsa H. Göndör et Péter Pekker, « Fine-tuning the catalytic activity by applying nitrogen-doped carbon nanotubes as catalyst supports for the hydrogenation of olefins », Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 129, no 1,‎ , p. 95–106 (ISSN 1878-5204, DOI 10.1007/s11144-019-01705-7, lire en ligne, consulté le )
  15. ↑ Anodic generation of hydrogen peroxide in continuous flow, DOI: 10.1039/D2GC02575B (Paper) Green Chem., 2022, 24, 7931-7940
  16. ↑ Weijian Duan, Ge Li, Zhenchao Lei et Tonghe Zhu, « Highly active and durable carbon electrocatalyst for nitrate reduction reaction », Water Research, vol. 161,‎ , p. 126–135 (ISSN 0043-1354, DOI 10.1016/j.watres.2019.05.104, lire en ligne, consulté le )


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