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Le carbone
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Vrai ou faux? L'enveloppe externe d'un atome de carbone contient deux électrons.
Diamants. Charbon. Plastique. Pétrole. Un humain.
Qu'ont-ils tous en commun? Ils sont tous à base de carbone. Sans compter l'eau dans notre corps, les deux tiers de notre poids proviennent des atomes de carbone. Et si tu regardes autour de toi, tu constateras que le carbone est la base d'innombrables substances. Qu'y a-t-il de si spécial avec le carbone?
Nous allons commencer, comme nous le faisons habituellement en chimie, par regarder les atomes. Un atome de carbone a six électrons. Quatre d'entre eux sont situés dans la couche externe d'électrons. Pour un atome, il est toujours souhaitable d'avoir huit électrons dans la couche externe. Le carbone veut obtenir quatre autres électrons venant d'autres atomes.
C'est comme si le carbone avait quatre bras, capables de s'accrocher à d'autres atomes. Ces quatre liens sont plus que ce qu'on trouve dans les autres éléments communs de la nature. Ça rend le carbone polyvalent - il peut former des millions de composés différents. Le carbone prend lui-même différentes formes. Comme le diamant. Un diamant est entièrement constitué d'atomes de carbone.
Chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes de carbone. Tous les atomes se tiennent les uns aux autres. Cela fait du diamant un matériau très fort et dur. Le plus fort qui existe dans la nature. Tous les électrons externes sont bloqués dans les liaisons chimiques.
Aucun électron n'est libre de bouger. Le Diamant ne conduit pas du tout l'électricité. Mais les atomes de carbone ne se lient pas toujours aussi fort dans toutes les directions. Voici du graphite. C'est aussi une forme de carbone pur.
Ici, les atomes de carbone forment des couches. Chacun a une forme hexagonale, comme un nid d'abeille. Chaque atome de carbone est seulement lié à trois autres atomes de carbone, laissant un électron de chaque atome libre de se déplacer: Le graphite conduit l'électricité. Chaque couche d'atomes est solidement liée ensemble, mais une faible attraction maintient ensemble les différentes couches. Elles glissent facilement l'une sur l'autre, ce qui rend le graphite souple et malléable.
Le graphite mélangé avec de l'argile est utilisé dans les crayons. Lorsque vous écrivez avec un crayon, l'écriture est formée par des couches de graphite étalées sur le papier. Si vous pouviez décoller une seule couche de graphite, vous obtiendriez une feuille de graphène. Elle a seulement un atome d'épaisseur, ce qui signifie qu'elle est très légère. Mais aussi très forte.
Le graphène pourrait être utilisé pour les écrans tactiles du futur. Ou dans les matériaux de construction. Il y a une autre forme de carbone pur. Ce sont des molécules avec environ soixante atomes de carbone en forme de boules. Ces molécules rondes sont appelées Fullerènes.
On peut les trouver dans les particules de suie, par exemple celle des bougies. Le diamant, le graphite, le graphène et le fullerène sont tous des formes pures de carbone. Ce qui rend le carbone si spécial, c'est sa capacité à former différents composés - des millions d'entre eux. La raison pour laquelle autant de combinaisons sont possibles, vient du nombre élevé des possibilités de liaison entre eux - quatre par atome.