Chimie - Carbone et ses composés

introduction

Le carbone joue un rôle très important pour tous les êtres vivants.
La quantité de carbone dans la croûte terrestre n'est que de 0,02%, disponible sous forme de minéraux tels que les carbonates, les hydrogénocarbonates, le charbon et le pétrole.
La présence de carbone dans l'atmosphère terrestre est de 0,03%, sous forme de dioxyde de carbone.

Presque tous les composés de carbone (sauf quelques-uns) sont de mauvais conducteurs d'électricité.
Le diamant et le graphite sont tous deux formés par des atomes de carbone; cependant, la différence réside entre eux dans la manière dont les atomes de carbone sont liés les uns aux autres.
Dans le diamant, chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes de carbone et forme une structure tridimensionnelle rigide (voir l'image ci-dessous).

Dans le graphite, chaque atome de carbone est lié à trois autres atomes de carbone dans le même plan, ce qui donne un réseau hexagonal (voir l'image ci-dessous) -

Il existe également des différences dans certaines structures physiques du diamant et du graphite.
Le diamant est la substance la plus dure connue, tandis que le graphite est une substance lisse et glissante.
Le graphite est un bon conducteur d'électricité alors que le diamant ne l'est pas.
Le tableau suivant illustre les structures des composés de carbone et d'hydrogène -

Les composés, qui ont une formule moléculaire identique, mais des structures différentes, sont connus comme structural isomers (voir la structure Butane ci-dessous).

Les hydrocarbures saturés sont appelés alkanes.
Les hydrocarbures insaturés, qui comprennent une ou plusieurs doubles liaisons, sont appelés alkenes.
Les hydrocarbures insaturés, qui comprennent une ou plusieurs triples liaisons, sont appelés alkynes.

Les plantes de canne à sucre très efficaces convertissent la lumière du soleil en énergie chimique et son jus peut être utilisé pour préparer de la mélasse.
Lorsque la mélasse est fermentée, elle produit de l'alcool (éthanol).
Certains pays utilisent désormais l'alcool comme additif dans l'essence, car c'est un carburant plus propre.
Ces alcools, en brûlant dans suffisamment d'air (oxygène), ne produisent que du dioxyde de carbone et de l'eau.

Les esters sont des substances odorantes, qui sont le plus souvent formées par réaction d'un acide et d'un alcool (voir l'image ci-dessous - illustrant la formation d'esters).

Lorsque les esters réagissent en présence d'un acide ou d'une base, il restitue l'alcool et l'acide carboxylique.
La réaction d'esters avec un acide ou une base est connue sous le nom de saponification car il est utilisé dans la préparation du savon.
Les molécules de savon sont normalement des sels de sodium ou de potassium d'acides carboxyliques à longue chaîne.
Fait intéressant, l'extrémité ionique du savon se dissout dans l'eau tandis que la chaîne carbonée se dissout dans l'huile. Ces caractéristiques typiques des molécules de savon forment des structures appeléesmicelles (voir l'image ci-dessous)

Dans les micelles, une extrémité des molécules est vers la gouttelette d'huile tandis que l'extrémité ionique reste à l'extérieur.
La micelle de savon aide à dissoudre la saleté dans l'eau; de même, les vêtements sont nettoyés.
D'autre part, les détergents sont généralement des sels d'ammonium ou de sulfonate d'acides carboxyliques à longue chaîne, qui restent efficaces même dans l'eau dure.
Les détergents sont habituellement utilisés pour fabriquer des shampooings et certains autres produits pour nettoyer les vêtements.