L’élément carbone est un matériau non métallique qui contient six électrons. Le charbon de bois, une forme de carbone, est utilisé depuis la préhistoire. Le nom carbone vient du latin carbo qui signifie charbon de bois. Le carbone peut être trouvé dans les matières organiques telles que les plantes et les animaux, et dans les matières inorganiques telles que les minéraux et les minerais. Le carbone élémentaire fait référence aux formes inorganiques du carbone qui peuvent être trouvées sous des formes cristallines et amorphes.
Les formes cristallines ont des atomes de carbone élémentaires disposés selon un motif régulier, tandis que les atomes de carbone dans les formes amorphes n’ont pas de motifs réguliers. Les deux formes cristallines du carbone élémentaire sont les diamants et le graphite. La structure cristalline du diamant est formée par chaque atome de carbone créant une liaison covalente en partageant une paire d’électrons avec quatre autres atomes de carbone. Les liaisons covalentes sont les liaisons chimiques les plus fortes connues de l’humanité. Les diamants sont les substances connues les plus dures et les moins volatiles avec un point de fusion de 6,242 3,550 °F (XNUMX XNUMX °C).
La structure cristalline du graphite est formée par des atomes de carbone créant des liaisons hexagonales étroites avec d’autres atomes dans le même plan, et une liaison plus lâche entre les atomes dans différents plans. Une liaison lâche entre les plans rend le graphite très mou et permet au graphite d’être utilisé comme lubrifiant. Contrairement aux diamants, le graphite est un bon conducteur électrique.
Avant 1955, tous les diamants provenaient de gisements naturels. En 1955, des tests en laboratoire ont prouvé que l’application d’une pression et d’une température élevées au graphite en présence d’un catalyseur pouvait créer des diamants synthétiques. Les diamants synthétiques sont principalement utilisés à des fins industrielles.
Le carbone amorphe est créé lorsqu’un matériau contenant du carbone est brûlé sans suffisamment d’oxygène pour permettre une combustion complète. Le noir de carbone résultant peut être utilisé pour créer des noyaux de batterie à piles sèches, des encres, des peintures et est un élément essentiel dans la fabrication de produits en caoutchouc. Le carbone noir est également le sous-produit des incendies de forêt et de la combustion insuffisante de carburants dans les automobiles, les usines de fabrication et la production d’électricité à base de charbon. Le carburant diesel crée plus de carbone noir que l’essence lors de la combustion. Le noir de carbone peut causer des problèmes de santé et d’environnement.
Une matière particulaire fine qui peut causer des problèmes de santé est le carbone élémentaire amorphe. L’asthme et la bronchite chronique ont été liés au noir de carbone, et il existe des preuves que le noir de carbone ou la suie peuvent augmenter le risque d’emphysème et de cancer du poumon. Le noir de carbone est également un facteur de changement climatique. Étant donné que le carbone noir reste dans l’atmosphère pendant des semaines plutôt que le siècle comme le dioxyde de carbone, la diminution des émissions de carbone noir est considérée comme l’un des moyens les plus rapides de réduire éventuellement les effets du changement climatique mondial.