Voir la source de Carbone

{{autre4|l'élément chimique|les autres significations|Carbone (homonymie)}}
{{Infobox Élément/Carbone}}

Le '''carbone''' est l'[[élément chimique]] de {{nobr|[[numéro atomique]] 6}}, de {{nobr|symbole C}}. Il possède trois [[isotope]]s naturels : les carbones [[Isotopes du carbone#Carbone 12|12]] ({{exp|12}}C) et [[Carbone 13|13]] ({{exp|13}}C) qui sont [[isotope stable|stables]] et le [[carbone 14]] ({{exp|14}}C) qui est [[radioisotope|radioactif]] de [[période radioactive|demi-vie]] {{nombre|5730|années}}, utilisé pour dater des objets ayant incorporé du [[Isotopes du carbone#Carbone naturel|carbone naturel]]<ref group=alpha>Voir [[Datation par le carbone 14]].</ref>.

Le carbone est l'élément le plus léger du [[groupe 14 du tableau périodique]]. Le [[corps simple]] carbone présente plusieurs [[allotropie|formes allotropiques]] dont principalement le [[graphite]] et le [[diamant]]. L'élément carbone forme divers [[composé inorganique|composés inorganiques]] comme le [[dioxyde de carbone]] {{CO2}}, et une grande variété de [[Composé organique|composés organiques]] et de [[polymère]]s. C'est l'élément de base de toutes les formes de vie connues.

Le carbone est le {{4e}} élément le plus [[Abondance des éléments chimiques|abondant dans l'univers]] et le {{15e}} le plus abondant dans la [[Abondance des éléments dans la croûte terrestre|croûte terrestre]]. Il est présent sur [[Terre]] à l'état de corps simple ([[charbon]] et [[diamant]]s), de composés inorganiques ({{CO2}}) et de composés organiques ([[Biomasse (écologie)|biomasse]], [[pétrole]] et [[gaz naturel]]). De nombreuses structures basées sur le carbone ont également été synthétisées : [[charbon actif]], [[noir de carbone]], [[Fibre de carbone|fibres]], [[Nanotube de carbone|nanotubes]], [[fullerène]]s 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 : [[Matériau composite|matériaux composites]], [[Accumulateur lithium-ion|batteries lithium-ion]]<ref>{{Article|prénom1=Jazer Jose H.|nom1=Togonon|prénom2=Pin-Chieh|nom2=Chiang|prénom3=Hong-Jhen|nom3=Lin|prénom4=Wei-Che|nom4=Tsai|titre=Pure carbon-based electrodes for metal-ion batteries|périodique=Carbon Trends|volume=3|pages=100035|date=2021-04-01|issn=2667-0569|doi=10.1016/j.cartre.2021.100035|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667056921000122|consulté le=2023-11-25}}</ref>, [[Charbon actif|dépollution de l'air et de l'eau]]<ref>{{Article|prénom1=P.|nom1=González-García|titre=Activated carbon from lignocellulosics precursors: A review of the synthesis methods, characterization techniques and applications|périodique=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=82|pages=1393–1414|date=2018-02-01|issn=1364-0321|doi=10.1016/j.rser.2017.04.117|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211730624X|consulté le=2023-11-25}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|prénom1=Pavani Dulanja|nom1=Dissanayake|prénom2=Siming|nom2=You|prénom3=Avanthi Deshani|nom3=Igalavithana|prénom4=Yinfeng|nom4=Xia|titre=Biochar-based adsorbents for carbon dioxide capture: A critical review|périodique=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=119|pages=109582|date=2020-03-01|issn=1364-0321|doi=10.1016/j.rser.2019.109582|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032119307907|consulté le=2023-11-25}}</ref>, [[électrode]]s pour les [[Four à arc électrique|fours à arc]] ou la [[Aluminium#Extraction|synthèse de l'aluminium]]{{etc.}} Diverses recherches scientifiques ont mis en évidence la possibilité d'utiliser le carbone comme catalyseur ou support de catalyseur<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Ádám|nom1=Prekob|prénom2=Viktória|nom2=Hajdu|prénom3=Gábor|nom3=Muránszky|prénom4=István|nom4=Kocserha|titre=Application of carbonized ion exchange resin beads as catalyst support for gas phase hydrogenation processes|périodique=Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis|volume=129|numéro=1|pages=85–94|date=2020-02-01|issn=1878-5204|doi=10.1007/s11144-019-01694-7|lire en ligne=https://doi.org/10.1007/s11144-019-01694-7|consulté le=2023-11-25}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Emőke|nom1=Sikora|prénom2=Adrienn|nom2=Kiss|prénom3=Zsuzsa|nom3=H. Göndör|prénom4=Péter|nom4=Pekker|titre=Fine-tuning the catalytic activity by applying nitrogen-doped carbon nanotubes as catalyst supports for the hydrogenation of olefins|périodique=Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis|volume=129|numéro=1|pages=95–106|date=2020-02-01|issn=1878-5204|doi=10.1007/s11144-019-01705-7|lire en ligne=https://doi.org/10.1007/s11144-019-01705-7|consulté le=2023-11-25}}</ref> et comme électrocatalyseur<ref>Anodic generation of hydrogen peroxide in continuous flow, DOI: 10.1039/D2GC02575B (Paper) Green Chem., 2022, '''24''', 7931-7940</ref>{{,}}<ref>{{Article|prénom1=Weijian|nom1=Duan|prénom2=Ge|nom2=Li|prénom3=Zhenchao|nom3=Lei|prénom4=Tonghe|nom4=Zhu|titre=Highly active and durable carbon electrocatalyst for nitrate reduction reaction|périodique=Water Research|volume=161|pages=126–135|date=2019-09-15|issn=0043-1354|doi=10.1016/j.watres.2019.05.104|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135419305020|consulté le=2023-11-25}}</ref>.

== Histoire et étymologie ==
Le nom ''carbone'' vient du latin ''{{langue|la|carbo}}'', {{traduction|langue=la|carbōnis|charbon}}<ref>{{CNRTL|Carbone|Étymol. et Hist.}}.</ref>. La fabrication de carbone sous forme de [[charbon de bois]] par [[pyrolyse du bois]] sous une couche de terre était aussi connue des Romains<ref name=weeks1932>{{Article|langue=anglais|auteur1=M. E. Weeks|titre=The discovery of elements. I. Elements known to the ancient world|périodique=Journal of Chemical Education|date=vol 9(1) 1932|pages=4-10}}.</ref>. Le carbone sous sa forme diamant est connu depuis l'antiquité en Asie, il est aussi mentionné dans l'ancien testament<ref>Ancien Testament, Ex., 28:18; 39:11; Eze., 28:13.</ref>. Son nom vient aussi du romain ''adámas, adámantis'' (« acier dur »).

La notion d'élément carbone apparaît lorsque [[René-Antoine Ferchault de Réaumur]] étudie la formation d'[[acier]] à partir de [[fer]], il constate que cette transformation correspond à l'absorption d'un élément par le fer<ref> R.-A. Ferchault de Réaumur, « L'art de convertir le fer forgé en acier, et l'art d'adoucir le fer fondu, ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forgé », 1722.</ref>. En 1772, [[Antoine Lavoisier]] étudie ensuite la combustion de charbon et de diamants, il constate la formation notable de dioxyde de carbone, mais ne détecte pas la formation d'eau. Il prouve ainsi que ces deux matériaux sont formés uniquement de carbone.

Le graphite naturel était connu depuis l'Antiquité, mais sa nature n'était pas comprise, car on le confondait avec la [[molybdénite]] et on croyait que c'était une forme de [[plomb]]<ref name=weeks1932/>. En 1779, [[Carl Wilhelm Scheele]] démontre, lui aussi par oxydation du graphite, qu'il est composé principalement de carbone. En 1787, la ''Nomenclature chimique'' de [[Louis-Bernard Guyton-Morveau]] lui consacre un article en définissant le carbone comme la forme pure du charbon<ref>[https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k1050402r/f8.item.r=.langFR.zoom ''Méthode de nomenclature chimique''] proposée par MM. de Morveau, Lavoisier, Bertholet et de Fourcroy, 1787, {{p.|44}}.</ref>.

Le nom « carbone » n'apparaît dans le dictionnaire de l'Académie française qu'à sa {{6e|édition}} (1832-5).

L'histoire est ensuite marquée par l'importance accrue du carbone, on peut citer par exemple :
* 1828 : découverte des [[composé organique|composés organiques]] et de la [[chimie organique]] (voir article [[Friedrich Wöhler]]) ;
* 1842 : avec la [[résistance des matériaux]], [[August Wöhler]] pose les fondements de la future « [[science des matériaux]] » ;
* 1985 : découverte des [[fullerène]]s par [[Robert Curl]], [[Harold Kroto]] et [[Richard Smalley]] ;
* 2004 : découverte du [[graphène]] par [[Andre Geim]], composé d'une seule couche de [[Graphite]].

== Élément ==
=== Formation ===
{{Article détaillé|Nucléosynthèse}}
L'élément carbone n'est pas directement issu du [[Big Bang]] ([[nucléosynthèse primordiale]]), car les conditions de sa formation n'étaient pas réunies (la dilatation et le refroidissement de l'[[univers]] ont été trop rapides). Le carbone est en revanche produit en masse dans le cœur des [[étoile]]s très massives, dites de la [[diagramme de Hertzsprung-Russell|branche horizontale]], où trois noyaux d'[[hélium]] [[fusion nucléaire|fusionnent]] ([[réaction triple alpha]]).

Le carbone est présent sur Terre depuis la formation de celle-ci. Il existe sous forme de sédiments, [[charbon]], [[pétrole]], et également sous sa forme pure [[graphite]], [[diamant]]. Les diamants naturels peuvent se trouver dans la [[kimberlite]] des cheminées d'anciens volcans, notamment en [[Afrique du Sud]] et dans l'[[Arkansas]]. On peut parfois trouver des diamants microscopiques dans certaines météorites.

=== Isotopes et masse atomique ===
{{Article détaillé|Isotopes du carbone}}

Le carbone possède deux [[isotope]]s stables dans la nature :
* {{exp|12}}C (abondance = 98,93 %) qui a été choisi comme nucléide de référence unique pour la {{nobr|[[masse atomique]] 12}}, après plusieurs propositions (anciennement l’[[hydrogène]], puis conjointement avec l’[[oxygène]] pour les chimistes) ;
* [[Carbone 13|{{exp|13}}C]] (abondance = 1,07 %).
La masse atomique du carbone, {{nombre|12.0107}}, est légèrement supérieure à 12 en raison de la présence de l'isotope, {{exp|13}}C.

Le carbone possède aussi deux radio-isotopes :
* [[Carbone 14|{{exp|14}}C]] : [[période radioactive]] de {{unité|5730|ans}} couramment utilisé pour la [[datation au carbone 14|datation]] d'objets [[archéologie|archéologiques]] jusqu'à {{nombre|50000|ans}}. Il ne sera d'aucune utilité pour les archéologues de demain, intéressés par les trésors de la civilisation actuelle, car les explosions thermonucléaires, réalisées dans l'atmosphère à partir des [[années 1960]], ont créé des excès considérables ;
* {{exp|11}}C a une [[période radioactive|période]] de {{unité|20|minutes}}. Cette courte période et la relative facilité de substituer un atome de {{exp|11}}C à un atome de carbone {{exp|12}}C (stable) en font un isotope utilisé en [[médecine nucléaire]], notamment en [[tomographie à émission de positon]]. Les radiotraceurs les plus utilisés à ce jour sont le {{exp|11}}C-Raclopride qui se fixe préférentiellement sur les récepteurs dopaminergiques D2, et le {{nobr|{{exp|11}}C-Acétate}} utilisé en imagerie cardiaque.

=== Structure électronique ===
Le carbone possédant six électrons adopte une [[configuration électronique]] à l'[[état fondamental]] 1s{{exp|2}} 2s{{exp|2}} 2p{{exp|2}}. Il possède quatre électrons sur sa [[couche de valence]], ce qui lui permet de former quatre [[liaisons covalentes]], dont des liaisons de type <math>\sigma</math>(première liaison avec un atome) ou de type <math>\pi</math>(seconde ou troisième liaison). Les liaisons de type <math>\pi</math> sont toujours accompagnées d'une liaison de type <math>\sigma</math>. Le recouvrement des fonctions électroniques dans une liaison <math>\pi</math> est plus faible. Ces liaisons sont donc moins « solides ».

== Allotropes ==
=== État solide ===
{{Article_détaillé|Allotropie du carbone}}
{{Double image|droite|Eight Allotropes of Carbon.svg|250|Diamond and graphite.jpg|300|Huit formes du carbone : (a) [[diamant]], (b) [[graphite]], (c) [[lonsdaléite]], (d) [[buckminsterfullerène]], (e) (f) deux autres [[fullerène]]s, (g) amorphe et (h) [[nanotube de carbone]].|Le [[diamant]] et le [[graphite]] sont les deux formes allotropiques les plus répandues du carbone, elles diffèrent par leur aspect (en haut) et leurs propriétés. Cette différence est due à leur structure (en bas).}}

Le carbone est présent dans la nature dans deux [[allotropie|formes allotropiques]] principales :
* le [[graphite]], empilement de [[structure cristalline|structures cristallines]] hexagonales et monoplanes ([[graphène]]), et de couleur grise. C'est la forme stable à température et pression ambiante ;
* le [[diamant]], de structure cristalline tétraédrique (structure type « [[Structure diamant|diamant]] ») est transparent. C'est la forme stable à haute température et haute pression, [[métastable]] à température et pression ambiante.

Dans les conditions de [[pression]] normales, le carbone est sous la forme [[graphite]], dans laquelle chaque atome est lié à trois autres dans une couche d'anneaux hexagonaux fusionnés, comme ceux des composés [[aromaticité|aromatiques]] hydrocarbonés. Grâce à la délocalisation des orbitales <math>\pi</math>, le graphite conduit l'[[électricité]]. Le graphite est mou, car les liaisons chimiques entre les plans sont faibles (2 % de celles des plans) et les couches glissent donc facilement les unes par rapport aux autres.

Sous très haute pression, le carbone cristallise dans un système cubique à face centrée nommé [[diamant]], dans lequel chaque atome est lié à quatre autres (distance interatomique de {{unité|136|pm}}). Le [[diamant]], grâce à la résistance des [[liaison carbone-carbone|liaisons carbone-carbone]], est, avec le [[nitrure de bore]], la matière la plus dure à rayer. À température ambiante, la métamorphose en [[graphite]] est si lente qu'elle est indécelable. Sous certaines conditions, le carbone se cristallise en [[lonsdaléite]], une forme similaire au diamant mais hexagonale. De toutes les [[pierre précieuse|pierres précieuses]], le [[diamant]] est la seule à se consumer complètement.

En plus du graphite (pur sp{{2}}) et du diamant (pur sp{{3}}), le carbone existe sous forme amorphe et hautement désordonnée (a-C). Ces formes amorphes du carbone sont un mélange de sites à trois liaisons de type graphite ou à quatre liaisons de type diamant. De nombreuses méthodes sont utilisées pour fabriquer du a-C : pulvérisation, évaporation par faisceau d'[[électron]]s, dépôt à l'arc électrique, ablation laser{{etc.}} En 2019, la molécule cyclique {{fchim|C|18}} (pur sp{{1}}) a été synthétisée par élimination des groupes CO dans l'[[oxyde de carbone|oxyde]] [[C24O6|{{fchim|C|24|O|6}}]]<ref>{{article| langue=en| titre=An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon| auteur1=Katharina Kaiser| auteur2=Lorel M. Scriven| auteur3=Fabian Schulz| auteur4=Przemyslaw Gawel| auteur5=Leo Gross| auteur6=Harry L. Anderson| périodique=[[Science (revue)|Science]]| date=20 septembre 2019| volume=365| numéro=6459| pages=1299-1301| doi=10.1126/science.aay1914}}.</ref>.

Les [[oignon de carbone|oignons de carbone]] sont des structures basées sur une structure de type fullerène, mais dont la paroi est constituée de plusieurs couches de carbone.

Les formes cylindriques du carbone sont appelées [[nanotube]]s (nanotube de carbone, abréviation : NTC). Elles ont été découvertes dans le culot se formant à la [[cathode]] de l'arc électrique durant la synthèse de fullerènes. Ces objets de diamètre [[nanomètre|nanométrique]] et de longueur atteignant parfois le millimètre se présentent comme des plans de carbone d'épaisseur monoatomique (ou [[graphène]]) enroulés sur eux-mêmes et formant un tube de diamètre nanométrique). Les nanotubes dont la paroi n'est constituée que d'un seul plan de carbone sont dits « monofeuillets ». Les nanotubes fabriqués par la méthode de l'arc électrique sont presque tous « multifeuillets ».

Le graphène est constitué d'un plan unique de carbone d'épaisseur monoatomique. Le graphène peut être simplement obtenu en prélevant un plan unique de carbone d'un cristal de graphite.

Conjointement à ces structures, on observe un grand nombre de [[nanoparticule]]s polyédriques. À l'image des oignons et des nanotubes multifeuillets, les observations en [[Microscopie électronique en transmission|microscopie électronique en transmission haute résolution]] ({{en}} [[Microscopie électronique en transmission|HRTEM]] : ''{{lang|en|texte=High-resolution Transmission Electron Microscopy}}'') révèlent que ces nanoparticules de carbone sont constituées de plusieurs couches de graphène, fermées, laissant une cavité nanométrique en leur centre.

=== Liquide et gaz ===
{{article détaillé|Carbone gazeux}}
[[Fichier:Diagramme de phase du carbone.svg|vignette|[[Diagramme de phase]] du carbone<ref>{{lien web| langue=en| url=http://lbruno.home.cern.ch/lbruno/documents/Bibliography/LHC_Note_78.pdf| format=pdf| auteur=J. M. Zazula| année=1997| titre=On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam| site=[[Organisation européenne pour la recherche nucléaire|CERN]]| consulté le=juillet 2010}}.</ref>. PT = [[point triple]].]]
À pression atmosphérique, le carbone (graphite) se [[sublimation (physique)|sublime]] à {{unité|4100|[[Kelvin|K]]}}. Sous forme gazeuse, il se constitue habituellement en petites chaînes d'atomes appelées [[carbyne]]s. Refroidies très lentement, celles-ci fusionnent pour former les feuilles graphitiques irrégulières et déformées qui composent la [[suie]]. Parmi ces dernières, on trouve en particulier, la forme sphérique monofeuillet C{{ind|60}} appelée [[fullerène]], ou plus précisément [[buckminsterfullerène]], et ses variétés C{{ind|''n''}} {{nobr|(20 ≤ ''n'' ≤ 100)}}, qui forment des structures extrêmement rigides.

Le carbone liquide ne se forme qu'au-dessus de la [[pression]] et de la [[température]] du [[point triple]], et donc au-delà de {{unité|10,8|±=0,2|MPa}} (environ 100 fois la pression atmosphérique) et {{unité|4600|±=300|K}}<ref group=alpha>Le carbone n'étant liquide que dans des conditions difficiles à atteindre, et par ailleurs sans grand intérêt pratique, l'expression ''[[fusion du carbone]]'' désigne généralement sa [[fusion nucléaire]] et non sa [[fusion (physique)|fusion]] au sens ordinaire du terme.</ref>.

== Composés ==
Le carbone est le composant essentiel des [[composé organique|composés organiques]], qui contiennent fréquemment au moins une [[liaison carbone-hydrogène]]<ref group=alpha>Il existe des composés organiques qui ne contiennent pas de liaison C-H, par exemple l'[[urée]] ou l'[[hexachloroéthane]].</ref>. Cependant le carbone existe aussi dans la nature sous forme inorganique, principalement sous la forme de [[dioxyde de carbone]], et sous forme minérale.

=== Carbone organique ===
La chimie du carbone est essentiellement covalente. Le carbone est à la base d'une multitude de composés pouvant contenir un grand nombre d'atomes, en association avec l'[[hydrogène]], l'[[oxygène]], l'[[azote]], les [[halogène]]s, le [[phosphore]], le [[soufre]], et les métaux, par liaisons simples, doubles ou triples. L'étude et la [[synthèse chimique|synthèse]] de ces composés constituent la [[chimie organique]]. Les principaux composés organiques du carbone sont les « [[hydrocarbure]]s » des molécules associant carbone et [[hydrogène]]. On classe les hydrocarbures en trois familles :
* les [[alcane]]s, où le carbone forme des liaisons sp{{exp|3}} (« simples ») : [[méthane]] CH{{ind|4}}, [[éthane]] C{{ind|2}}H{{ind|6}}{{, etc.}} ;
* les [[alcène]]s, où au moins un carbone forme des liaisons (« [[Liaison double|double]] ») (carbones sp{{exp|2}}) : [[éthène]] (éthylène) C{{ind|2}}H{{ind|4}}, [[propène]] C{{ind|3}}H{{ind|6}}{{, etc.}} ;
* les [[alcyne]]s, où au moins un carbone forme des liaisons (« [[Liaison triple|triple]] ») (carbones sp) : [[éthyne]] (acétylène) C{{ind|2}}H{{ind|2}}, [[propyne]] C{{ind|3}}H{{ind|4}}{{, etc.}}

Suivant le nombre d'atomes de carbone, on fait précéder le suffixe -ane, -ène ou -yne :
{{colonnes|taille=10|
# méth-
# éth-
# prop-
# but-
# pent-
# hex-
# hept-
# oct-
# non-
# déc-
}}

La rotation est libre autour des liaisons simples carbone-carbone. En revanche, les liaisons doubles ou triples sont rigides : la liaison double est planaire, les angles de liaison autour des atomes de carbone sont 120°. Cela conduit à la formation de [[Diastéréoisomérie|diastéréomères]], c'est-à-dire de composés ayant la même formule chimique mais une disposition différente des atomes dans l'espace. La liaison triple est linéaire.

En outre, le carbone sp{{exp|3}} peut former des composés [[chiralité (chimie)|chiraux]] (du grec {{Langue|grc|texte=χείρ|trans=kheír}}, « main »). Le cas le plus simple est un composé possédant 4 substituants différents autour d'un atome de carbone. Suivant la disposition dans l'espace de ces substituants, on obtient deux molécules qui sont différentes : elles ne sont pas superposables, il s'agit d'une paire d'[[énantiomère]]s. Les énantiomères sont l'image l'un de l'autre dans un miroir (comme nos deux mains).

Dans les [[hydrocarbure aromatique|hydrocarbures aromatiques]], les atomes de carbone forment des cycles ou ''noyaux'' stabilisés par des [[Liaison π|liaisons π]] délocalisées.

=== Carbone inorganique ===
Ce type d'atomes de carbone est relativement rare en termes de variété par rapport aux carbones organique et minéral. Il se présente le plus souvent sous forme de complexes inorganiques ou organo-métalliques qui intègrent un atome de carbone nu ou une molécule de [[Monoxyde de carbone|CO]] ou de {{dioxyde de carbone}}, dans leurs sphères de coordination. Par exemple :
* C dans {{fchim|[Fe|5|C(CO)|15| ]}} et {{fchim|[Ru|6|C(CO)|17|]}}<ref>''Chemistry of the elements'', [[Norman Neill Greenwood|N.N. Greenwood]] and A. Earnshaw, Pergamon press, 1994, {{p.|356}}. {{ISBN|0-08-022057-6}}.</ref> ;
* CO dans les nombreux complexes du type {{fchim|Ni(CO)|4}} ou {{fchim|Fe(CO)|5}} ;
* {{CO2}} dans le complexe {{fchim|[Ni({{CO2}}){P(C|6|H|11|)|3|}|2|]|0,75|C|6|H|5|Me}}<ref>''Chemistry of the elements'', N.N. Greenwood and A. Earnshaw, Pergamon press, 1994, {{p.|331}}. {{ISBN|0-08-022057-6}}.</ref>.

=== Carbone minéral ===
La molécule de [[dioxyde de carbone]] {{CO2}} existe à l'[[état gazeux]] dans l'[[atmosphère terrestre]]. Une certaine quantité de ce {{CO2}} se dissout dans les eaux océaniques et continentales, et une partie du {{CO2}} dissous réagit avec la molécule d'[[eau]] pour former de l'[[acide carbonique]] {{fchim|H|2|CO|3}} suivant la réaction :{{retrait|1= {{H2O}} + {{CO2}}(dissous) ⇔ {{fchim|H|2|CO|3}}. }}

Puis {{fchim|H|2|CO|3}} ([[Acide carbonique|dihydrogénocarbonate]], ou acide carbonique), étant un [[acide|diacide]], cède ses deux [[proton]]s dans la mesure des [[constante d'acidité|constantes d'acidité]] des [[couple acido-basique|couples acido-basiques]] ({{fchim|H|2|CO|3|/HCO|3|{{exp|−}}}}) et ({{fchim|HCO|3|{{exp|−}}/CO|3|{{exp|2−}}}}) et de la composition initiale en [[soluté]]s acido-basiques de l'eau selon les équations :{{retrait|1= {{fchim|H|2|CO|3}} + {{H2O}} ⇔ {{fchim|HCO|3|{{exp|−}}}} (ion [[Bicarbonate|hydrogénocarbonate]], ou [[bicarbonate]]) + {{fchim|H|3|O{{exp|+}}}} ([[ion hydronium]], ou [[proton hydraté]]) }}et :{{retrait|1= {{fchim|HCO|3|{{exp|−}}}} + {{H2O}} ⇔ {{fchim|CO|3|{{exp|2−}}}} (ion carbonate) + {{fchim|H|3|O{{exp|+}}}}. }}

Or il se trouve que dans l'[[eau de mer]], ce système de [[carbonate]]s est présent en grandes quantités et dans des proportions telles qu'il joue un rôle [[Solution tampon|tampon]] fondamental dans l'acidité de l'eau océanique ([[potentiel hydrogène|pH]] 8,1-8,4) qu'il permet de rendre très stable. Ce taux de carbonates (et de [[borate]]s, pour être exact) s'appelle l'[[Base (chimie)|alcalinité]] ou [[Dureté de l'eau|titre alcalimétrique complet]] (TAC, mesuré en degrés français, ou kH mesuré en °allemands ; il existe d'autres unités. Le mieux est de parler en [[Partie par million|ppm]], ou parties par million). Ce pH a permis à des quantités « [[géologie|géologiques]] » de [[test]]s [[calcaire]]s de [[protozoaire]]s [[plancton]]iques de former des [[roche sédimentaire|roches sédimentaires]] calcaires constituées essentiellement d'un [[cristal]] de [[carbonate de calcium]] et de magnésium (mélange qu'on appelle le calcaire) : la pierre de Paris, le [[marbre]], etc. Toute cette chimie est traditionnellement incluse dans la [[chimie inorganique]], c'est-à-dire minérale, bien qu'il y ait évidemment de nombreux points sur lesquels cela ne se justifie pas. Ainsi, on pourra qualifier le carbone contenu dans le dioxyde de carbone, l'acide carbonique, l'hydrogénocarbonate et le carbonate, de carbone inorganique. C'est aussi valable pour le carbone [[diamant]] et les autres [[Allotropie|variétés allotropiques]] du [[cristal]] de carbone.

== Dangers du carbone et de ses composés ==
Le carbone pur a une faible toxicité pour les humains et peut être manipulé et même ingéré en toute sécurité sous la forme de graphite ou de charbon de bois. Il est résistant à la dissolution ou l'attaque chimique, même dans le contenu acide du tractus digestif, par exemple. Le charbon de bois provenant des noix de coco est d'ailleurs utilisé en médecine.

En revanche, le [[disulfure de carbone]] CS{{ind|2}}, quoique de structure similaire au dioxyde de carbone, est un liquide hautement toxique utilisé comme [[solvant]] ([[vulcanisation]] du caoutchouc).

Les autres [[Oxyde de carbone|oxydes de carbone]] sont le [[monoxyde de carbone]] CO, et le [[suboxyde de carbone]] C{{ind|3}}O{{ind|2}}, moins commun. Le [[monoxyde de carbone]] est un gaz incolore et inodore, formé par [[combustion]] incomplète des composés organiques ou du carbone pur (charbon). Le [[monoxyde de carbone]] se lie plus fortement que l'oxygène, à l'[[hémoglobine]] sanguine pour former de la carboxyhémoglobine, un composé stable. Le résultat de cette réaction est l'empoisonnement des molécules d'[[hémoglobine]], ce qui peut être mortel (voir l'entrée en question).

L'ion [[cyanure]] CN{{exp|−}} a un comportement chimique similaire à un ion [[halogénure]]. Les sels contenant l'ion cyanure sont hautement toxiques. Le cyanogène, un gaz de composition (CN){{ind|2}} est également proche des [[halogène]]s.

Avec les métaux, le carbone forme des carbures C{{exp|4−}} ou des acétylures C{{ind|2}}{{exp|2−}}. Quoi qu'il arrive, avec une électronégativité de 2,5, le carbone préfère former des [[liaison covalente|liaisons covalentes]]. Quelques carbures sont des treillis covalents, comme le [[carbure de silicium]], SiC, qui ressemble au [[diamant]], et est d'ailleurs utilisé pour la taille de ceux-ci.

La toxicité des nouvelles [[formes allotropiques du carbone]] (fullerènes, nanotubes, graphène) est aujourd'hui très étudiée. À l'état natif, ces nanostructures restent difficiles à filtrer dans l'air et pourraient constituer un danger qu'il est nécessaire d'évaluer<ref>[[Institut national de recherche et de sécurité|INRS]], Myriam Ricaud, Dominique Lafon et Frédérique Roos, [http://www.inrs.fr/accueil/dms/inrs/CataloguePapier/ND/TI-ND-2286/nd2286.pdf ''Les nanotubes de carbones : quels risques, quelle prévention ?''], 2008.</ref>. À noter que dans le cadre de leur utilisation, ces composés se trouvent généralement dispersés dans un solvant, ou fixés sur un substrat solide.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets| commons=Category:Carbon| wikt=carbone}}

=== Bibliographie ===
* {{Ouvrage|auteur1=Patrick Bernier|auteur2=Serge Lefrant|titre=Le carbone dans tous ses états|éditeur=[[Taylor & Francis]]|année=1997|pages totales=584|isbn=|lire en ligne={{Google Livres|_TmA_9aGGXYC}}}}.
* [https://fr.calameo.com/read/00001585623744cfb8421?authid=tTX1I6OoeWCt Gérard Borvon, ''Histoire du carbone et du CO2'', Vuibert, 2013].
* {{Ouvrage|auteur1=[[Bernadette Bensaude-Vincent]], Sacha Loeve|titre=Carbone. Ses vies, ses œuvres|éditeur=[[Éditions du Seuil]]|année=2018|pages totales=349|isbn=|lire en ligne={{Google Livres|pzZxDwAAQBAJ}}}}.

=== Articles connexes ===
{{colonnes|taille=20|
* [[Anticarbone]]
* [[Alcane]]
* [[Alcène]]
* [[Alcyne]]
* [[Réaction carbothermique]]
* [[Cycle du carbone]]
* [[Cycle carbone-azote-oxygène]]
* [[Oxyde de carbone]]
* [[Carbone 14]]
* [[Carbone filamenteux]]
* [[Charbon]]
* [[Macro-élément]]
* [[Effet de serre]]
* [[Hydrocarbure]]
* [[Dosage du carbone de surface]]
* [[Bilan carbone]]
* {{lang|en|[[Deep Carbon Observatory]]}}
}}

=== Liens externes ===
{{Liens}}
* {{lien web|langue=en|url=http://www.periodictable.com/Elements/006/data.html|titre=Technical data for Carbon|consulté le=23 avril 2016}}, avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
* {{en}} [http://pearl1.lanl.gov/periodic/6.html Los Alamos National Laboratory - Carbon]
* {{en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/index.html WebElements.com - Carbon]
* {{en}} [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/C.html EnvironmentalChemistry.com - Carbon]
* [http://histoires-de-sciences.over-blog.fr/2013/12/origine-du-mot-carbone.html Lavoisier et la naissance du mot carbone]

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[[Catégorie:Carbone| ]]