Composés de carbone: ce que vous devez savoir

Les composés de carbone sont des substances chimiques qui contiennent atomes de carbone lié à tout autre élément. Il y a plus de composés carbonés que pour tout autre élément sauf l'hydrogène. La majorité de ces molécules sont des composés organiques du carbone (par exemple, le benzène, le saccharose), bien qu'un grand nombre de composés du carbone inorganiques existent également (par exemple, gaz carbonique). Une caractéristique importante du carbone est la caténation, qui est la capacité de former de longues chaînes ou polymères. Ces chaînes peuvent être linéaires ou former des anneaux.

Carbone forme le plus souvent des liaisons covalentes avec d'autres atomes. Le carbone forme des liaisons covalentes non polaires lorsqu'il se lie à d'autres atomes de carbone et des liaisons covalentes polaires avec des non-métaux et des métalloïdes. Dans certains cas, le carbone forme des liaisons ioniques. Un exemple est une liaison entre le calcium et le carbone dans le carbure de calcium, CaC₂.

Le carbone est généralement tétravalent (état d'oxydation de +4 ou -4). Cependant, d'autres états d'oxydation sont connus, dont +3, +2, +1, 0, -1, -2 et -3. Le carbone est même connu pour former six liaisons, comme dans l'hexaméthylbenzène.

Bien que les deux principales façons de classer les composés de carbone soient organiques ou inorganiques, il existe tellement de composés différents qu'ils peuvent être subdivisés davantage.

Les allotropes sont différentes formes d'un élément. Techniquement, ce ne sont pas des composés, bien que les structures soient souvent appelées par ce nom. Les allotropes importants de carbone comprennent le carbone amorphe, diamant, graphite, graphène et fullerènes. D'autres allotropes sont connues. Même si les allotropes sont toutes des formes du même élément, elles ont des propriétés très différentes les unes des autres.

Les composés organiques étaient autrefois définis comme tout composé de carbone formé exclusivement par un organisme vivant. Maintenant, bon nombre de ces composés peuvent être synthétisés en laboratoire ou se sont révélés distincts des organismes, de sorte que la définition a été révisée (bien que non convenue). Un composé organique doit contenir au moins du carbone. La plupart des chimistes conviennent que l'hydrogène doit également être présent. Même ainsi, la classification de certains composés est contestée. Les principales classes de composés organiques comprennent (mais sans s'y limiter) les glucides, lipides, protéines, et acides nucléiques. Des exemples de composés organiques comprennent le benzène, le toluène, le saccharose et l'heptane.

Les composés inorganiques peuvent être trouvés dans les minéraux et autres sources naturelles ou peuvent être fabriqués en laboratoire. Les exemples incluent les oxydes de carbone (CO et CO₂), des carbonates (par exemple, CaCO₃), oxalates (par exemple, BaC₂O₄), sulfures de carbone (par exemple, disulfure de carbone, CS₂), des composés carbone-azote (par exemple, le cyanure d'hydrogène, HCN), les halogénures de carbone et les carboranes.

Les composés organométalliques contiennent au moins une liaison carbone-métal. Les exemples incluent le plomb tétraéthyle, le ferrocène et le sel de Zeise.

Nombreuses les alliages contiennent du carbone, y compris l'acier et la fonte. Les métaux «purs» peuvent être fondus à l'aide de coke, ce qui fait qu'ils contiennent également du carbone. Les exemples incluent l'aluminium, le chrome et le zinc.

Certaines classes de composés ont des noms qui indiquent leur composition:

• Carbures: Les carbures sont des composés binaires formés de carbone et d'un autre élément avec une électronégativité plus faible. Les exemples incluent Al₄C₃, CaC₂, SiC, TiC, WC.
• Halogénures de carbone: Les halogénures de carbone sont constitués de carbone lié à un halogène. Les exemples incluent le tétrachlorure de carbone (CCl₄) et le tétraiodure de carbone (CI₄).
• Carboranes: Les carboranes sont des amas moléculaires qui contiennent à la fois du carbone et atomes de bore. Un exemple est H₂C₂B₁₀H₁₀.

Les composés de carbone partagent certaines caractéristiques communes:

1. La plupart des composés de carbone ont une faible réactivité à la température ordinaire mais peuvent réagir vigoureusement lorsque de la chaleur est appliquée. Par exemple, la cellulose du bois est stable à température ambiante, mais brûle lorsqu'elle est chauffée.
2. Par conséquent, les composés organiques du carbone sont considérés comme combustibles et peuvent être utilisés comme combustibles. Les exemples incluent le goudron, les matières végétales, le gaz naturel, le pétrole et le charbon. Après la combustion, le résidu est principalement du carbone élémentaire.
3. De nombreux composés de carbone sont non polaires et présentent une faible solubilité dans l'eau. Pour cette raison, l'eau seule ne suffit pas pour éliminer l'huile ou la graisse.
4. Les composés de carbone et d'azote font souvent de bons explosifs. Les liaisons entre les atomes peuvent être instables et susceptibles de libérer une énergie considérable en cas de rupture.
5. Les composés contenant du carbone et de l'azote ont généralement une odeur distincte et désagréable sous forme de liquides. La forme solide peut être inodore. Un exemple est le nylon, qui sent jusqu'à ce qu'il polymérise.

Les utilisations des composés du carbone sont illimitées. La vie telle que nous la connaissons dépend du carbone. La plupart des produits contiennent du carbone, y compris des plastiques, des alliages et des pigments. Les carburants et les aliments sont basés sur le carbone.