Le carbone C'est l'un des éléments les plus importants dans la nature. C'est un élément essentiel de toute la matière vivante et est la base du chimie organique e de toutes les macromolécules biologiques telles que les protéines et les acides nucléiques. Le pourcentage de carbone chez les mammifères est d'environ 22% du poids corporel. On le trouve également sous une forme inorganique comme le dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Caractéristiques chimiques
Cet élément ayant un symbole C appartient au groupe IV du tableau périodique. C'est un non-métal, son poids atomique est de 6 et sa masse atomique est de 12. En ce qui concerne ses isotopes, la nature la plus abondante est l'isotope 12 avec une abondance d'environ 98,8%. Un autre isotope est 13 dont l'abondance est d'environ 1%, tandis que l'isotope 14 ne se trouve que dans des traces. Ce dernier, cependant, est très important d'un point de vue historique, car il est utilisé pour la datation des découvertes archéologiques. Cela est possible car l'isotope 14 du carbone a une longue durée par rapport à la vie d'un organisme vivant.
Hybridation
Carbone
La configuration électronique du carbone est 122s22p2. Dans son niveau d'énergie le plus à l'extérieur, il présente un orbital taper trier et trois orbitales de type p. L'orbitale S présente deux électrons appariés, deux orbitales p chacune présentes chacune un électron posé, tandis que la dernière orbitale p est vide. Le carbone peut donc former un maximum de quatre liaisons, ce qui correspond au remplissage de toutes les orbitales. Cependant, le SEP en carbone peut « fusionner » pour former des orbitales hybrides grâce au phénomène dehybridation. Grâce à cette union, une orbitale est formée appelée SP.
Différents types d'hybridation basés sur le nombre d'orbitales p
- Hybridation SP3: dérive de la fusion de trois orbitales p avec une orbitale s. Les orbitales ainsi entraînées sont disposées avec un angle de 109,5 ° par rapport aux autres pour former une structure de tétraèdre. Toutes les orbitales contiennent le même niveau d'énergie. En carbone hybridé SP3 Chaque orbitale peut former un seul lien avec un autre élément. En particulier, un lien entre deux orbitales hybrides de deux éléments peut être formé, défini Liaison sigma (σ). Par exemple, cela a lieu entre deux atomes de carbone adjacents.
- Hybridation SP2: Les orbitales hybrides dérivent de l'union de deux orbitales P avec l'orbitale de type S, tandis que le troisième n'est pas hybridé. Une orbitale hybride peut former une liaison de type σ tandis que l'orbitale non hybridé peut former une autre liaison dite pi grec (π). Les deux autres orbitales hybrides peuvent former deux autres liaisons covalentes avec deux autres éléments.
- Hybridation sp: Une orbite P fusionne avec S formant deux hybrides orbitales sp tandis que deux orbitales p ne sont pas hybrides. Dans ce cas, une liaison σ et deux liens avec π peuvent être formées, tandis que la dernière orbitale peut être mise à la disposition d'un autre élément.
Dans tous les types d'hybridation, le carbone est capable de former quatre liaisons.
Certains éléments de nature peuvent se retrouver sous différentes formes allotrope. Le même élément qui forme une substance pure peut former des matériaux extraordinairement différents. Le carbone a cette propriété. En fait, vous pouvez trouver des matériaux en carbone pur, mais avoir des caractéristiques et des propriétés différentes. Cela découle d'un degré de cristallisation différent de la matière et du type d'hybridation des orbitales.
Formes alteropiques de carbone
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Diamant
Diamant: présente l'hybridation de type SP3 dans lequel chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes de carbone formant un tétraèdre. De cette façon, c'est une structure cristalline très ordonnée. La structure chimique du diamant détermine ses propriétés physiques, la dureté en particulier. Il est en fait considéré sur la base de l'échelle de Mohs (Méthode pour mesurer la dureté) Le matériau le plus dur dans la nature. Cependant, cette propriété dépend de la quantité d'impuretés présentes dans le réseau cristallin. Quant aux autres propriétés physiques, ce n'est pas un bon conducteur d'électricité, c'est très souvent un isolant électrique. Au lieu de cela, c'est un bon conducteur thermique et a une excellente résistance à la chaleur.
- Graphite: le carbone est hybridé SP2se lie à trois autres carbones pour former des structures hexagonales sur différents étages. Chaque étage est lié à un autre grâce à des interactions faibles appelées par van der Waals. Sur chaque atome de carbone, il reste un électron dans un P orbital qui peut former des liaisons de type π perpendiculaires au plan de vente au détail. Cela donne de nombreuses propriétés physiques au graphite, y compris une bonne conductivité électrique. Si vous avez une seule couche d'hexagons de carbone, vous obtenez le graphèneune structure qui a une résistance mécanique remarquable mais en même temps une bonne flexibilité.
Autres formes de carbone de carbone
- Fullerène: Plus récemment découvert au récemment découvert. C'est une structure sphérique à 60 atomes de carbone (c60) prêt à former 20 hexagones et 12 pentagones, la forme d'une balle de football typique. Le nom complet de la structure est Buckminsterfullerene, en l'honneur de l'architecte Richard Buckminster Fuller qui a créé un dôme avec la même forme. Toutes les structures similaires à la Fullerène, mais avec un nombre différent d'atomes de carbone sont plus connus sous le nom Buckyball. Fullerène est structurellement similaire au graphite, il est stable à la température et à la pression ambiante et n'est pas très réactif. Des études biomédicales sur le terrain ont également été lancées qui utilisent le Fullerène comme liaison spécifique des molécules. Ces molécules peuvent servir à lutter contre la résistance aux antibiotiques de certaines bactéries ou même conduire à la mort sélective des cellules cancéreuses. De nombreuses études sur cette structure particulière sont toujours en cours aujourd'hui.
- Nanotubes Carbon: La structure chimique du graphène dans des conditions physiques particulières a tendance à se fermer sur elle-même en formant des tuyaux cylindriques. Il peut présenter une seule brochure pliée sur elle-même, un mur unique ou des feuilles plus concentriques, plusieurs mur. La structure a généralement une organisation hexagones ou pentagoni. Ils sont très résistants d'un point de vue mécanique, ils peuvent être de bons conducteurs électriques, semi-conducteurs ou isolants, en fonction de leur diamètre. Tout au long de cette série de caractéristiques, ils peuvent être utilisés dans de nombreux domaines, de la mécanique à la médecine. En particulier, ces dernières années, de nombreux biocapteurs chimiques et biologiques ont été créés sur la base de l'utilisation de nanotubes liés aux molécules d'origine biologique. Mais non seulement cela: les batteries au lithium ont été conçues avec des nanotubes capables de durer plus longtemps que les batteries communes.
