9 faits essentiels sur le carbone
Connaissez-vous bien le tableau périodique ? Notre série Les éléments explore les éléments constitutifs fondamentaux de l'univers observable et leur pertinence pour votre vie, un par un.
Il peut être brillant et dur. Il peut être mou et feuilleté. Cela peut ressembler à un ballon de football. Le carbone est l'épine dorsale de tout être vivant, et pourtant il pourrait bien provoquer la fin de la vie sur Terre telle que nous la connaissons. Comment un morceau de charbon et un diamant brillant peuvent-ils être composés du même matériau ? Voici huit choses que vous ne saviez probablement pas sur le carbone.
1. C'EST LE 'RUBAN BANDE DE VIE'.
C'est dans tous les êtres vivants, et dans pas mal de morts. « L'eau peut être le solvant de l'univers », écrit Natalie Angier dans son introduction classique à la science,Le chanoine, 'mais le carbone est le ruban adhésif de la vie.' Non seulement c'est du ruban adhésif en carbone, c'est un sacré ruban adhésif. Il lie les atomes les uns aux autres, formant les humains, les animaux, les plantes et les roches. Si nous jouons avec, nous pouvons l'amadouer dans les plastiques, les peintures et toutes sortes de produits chimiques.
2. C'EST L'UN DES ÉLÉMENTS LES PLUS ABONDANTS DE L'UNIVERS.
Il se situe tout en haut du tableau périodique, coincé entre le bore et l'azote. Numéro atomique 6, signe chimique C. Six protons, six neutrons, six électrons. C'est le quatrième élément le plus abondant dans l'univers après l'hydrogène, l'hélium et l'oxygène, et le 15e dans la croûte terrestre. Alors que ses cousins plus âgés, l'hydrogène et l'hélium, se seraient formés pendant le tumulte du Big Bang, le carbone proviendrait d'une accumulation de particules alpha dans les explosions de supernova, un processus appelé nucléosynthèse de supernova.
3. IL EST NOMMÉ D'APRÈS LE CHARBON.
Alors que l'homme connaît le carbone sous le nom de charbon et - après avoir brûlé - de suie depuis des milliers d'années, c'est Antoine Lavoisier qui, en 1772, montra qu'il s'agissait en fait d'une entité chimique unique. Lavoisier a utilisé un instrument qui focalisait les rayons du Soleil à l'aide de lentilles d'un diamètre d'environ quatre pieds. Il a utilisé l'appareil, appelé four solaire, pour brûler un diamant dans un bocal en verre. En analysant les résidus trouvés dans le pot, il a pu montrer que le diamant était composé uniquement de carbone. Lavoisier l'a d'abord répertorié comme élément dans son manuelTraité Élémentaire de Chimie, publié en 1789. Le nom de carbone dérive du françaischarbon, ou du charbon.
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4. IL AIME COLLER.
Il peut former quatre liaisons, ce qu'il fait avec de nombreux autres éléments, créant des centaines de milliers de composés, dont certains sont utilisés quotidiennement. (Plastiques ! Drogues ! Essence !) Plus important encore, ces liens sont à la fois solides et flexibles.
5. PRÈS DE 20 % DE VOTRE CORPS EST DU CARBONE.
May Nyman, professeur de chimie inorganique à l'Oregon State University à Corvallis, dans l'Oregon, a déclaré à Trini Radio que le carbone a une portée presque incroyable. 'Il compose toutes les formes de vie, et dans le nombre de substances qu'il fabrique, les graisses, les sucres, il y a une énorme diversité', dit-elle. Il forme des chaînes et des anneaux, dans un processus que les chimistes appellent la caténation. Chaque être vivant est construit sur une épine dorsale de carbone (avec de l'azote, de l'hydrogène, de l'oxygène et d'autres éléments). Ainsi, les animaux, les plantes, chaque cellule vivante et bien sûr les humains sont le produit de la caténation. Notre corps contient 18,5% de carbone, en poids.
Et pourtant, il peut aussi être inorganique, dit Nyman. Il s'associe à l'oxygène et à d'autres substances pour former de grandes parties du monde inanimé, comme les roches et les minéraux.
6. NOUS AVONS DÉCOUVERT DEUX NOUVELLES FORMES QUE RÉCEMMENT.
Le carbone se trouve sous quatre formes principales : le graphite, les diamants, les fullerènes et le graphène. «La structure contrôle les propriétés du carbone», explique Nyman. Le graphite ('la pierre à écrire') est composé de feuilles de carbone lâchement reliées formées comme du grillage à poule. Crayonner quelque chose en fait, c'est simplement gratter des couches de graphite sur du papier. Les diamants, en revanche, sont liés en trois dimensions. Ces liens exceptionnellement forts ne peuvent être rompus que par une énorme quantité d'énergie. Parce que les diamants ont beaucoup de ces liaisons, cela en fait la substance la plus dure sur Terre.
Les fullerènes ont été découverts en 1985 lorsqu'un groupe de scientifiques a fait exploser du graphite avec un laser et le gaz carbonique résultant s'est condensé en molécules sphériques jusqu'alors inconnues avec 60 et 70 atomes. Ils ont été nommés en l'honneur de Buckminster Fuller, l'inventeur excentrique qui a créé des dômes géodésiques célèbres avec cette composition semblable à un ballon de football. Robert Curl, Harold Kroto et Richard Smalley ont remporté le prix Nobel de chimie en 1996 pour avoir découvert cette nouvelle forme de carbone.
Le plus jeune membre de la famille du carbone est le graphène, trouvé par hasard en 2004 par Andre Geim et Kostya Novoselov dans une confiture de recherche impromptue. Les scientifiques ont utilisé du scotch - oui, vraiment - pour soulever des feuilles de carbone d'un atome d'épaisseur à partir d'un morceau de graphite. Le nouveau matériau est extrêmement fin et solide. Le résultat : le prix Nobel de physique en 2010.
7. LES DIAMANTS NE SONT PAS APPELÉS « GLACE » EN RAISON DE LEUR APPARENCE.
Les diamants sont appelés « glace » parce que leur capacité à transporter la chaleur les rend froids au toucher, et non à cause de leur apparence. Cela les rend idéaux pour une utilisation comme dissipateur de chaleur dans les micropuces. (Les diamants synthétiques sont principalement utilisés.) Encore une fois, la structure en treillis tridimensionnelle des diamants entre en jeu. La chaleur est transformée en vibrations du réseau, qui sont responsables de la conductivité thermique très élevée des diamants.
8. IL NOUS AIDE À DÉTERMINER L'ÂGE DES ARTEFACTS ET À PROUVER CERTAINS D'EUX FAUX.
Le scientifique américain Willard F. Libby a remporté le prix Nobel de chimie en 1960 pour avoir développé une méthode de datation des reliques en analysant la quantité d'une sous-espèce radioactive de carbone qu'elles contiennent. La datation au radiocarbone ou C14 mesure la désintégration d'une forme radioactive du carbone, le C14, qui s'accumule dans les êtres vivants. Il peut être utilisé pour des objets qui ont jusqu'à 50 000 ans. La datation au carbone permet de déterminer l'âge d'Ötzi l'homme de glace, un cadavre vieux de 5 300 ans retrouvé congelé dans les Alpes. Il a également établi que la table ronde de Lancelot dans la cathédrale de Winchester a été réalisée des centaines d'années après le supposé âge arthurien.
9. TROP DE CELA CHANGE NOTRE MONDE.
Le dioxyde de carbone (CO2) est une partie importante d'une couverture gazeuse qui entoure notre planète, la rendant suffisamment chaude pour maintenir la vie. Mais brûler des combustibles fossiles – qui reposent sur une épine dorsale de carbone – libère plus de dioxyde de carbone, qui est directement lié au réchauffement climatique. Un certain nombre de façons d'éliminer et de stocker le dioxyde de carbone ont été proposées, notamment la bioénergie avec capture et stockage du carbone, qui consiste à planter de grands peuplements d'arbres, à les récolter et à les brûler pour créer de l'électricité, et à capturer le CO2 créé dans le processus et à le stocker sous terre . Une autre approche encore en discussion consiste à rendre artificiellement les océans plus alcalins afin de leur permettre de lier plus de CO2. Les forêts sont des puits de carbone naturels, car les arbres captent le CO2 pendant la photosynthèse, mais l'activité humaine dans ces forêts contrebalance et surpasse tous les gains de capture de CO2 que nous pourrions obtenir. Bref, nous n'avons pas encore de solution à la surabondance de C02 que nous avons créée dans l'atmosphère.
