Le carbone : les différentes formes, les traitements, les origines

Résumé du document

Cours complet sur l'élément carbone : le carbone polymorphe et cristallin, les différentes formes de carbones, ainsi que les traitements et les origines du carbone.

Extraits

[...] macroscopique : morphologie caractérisant souvent l'apparence visuelle du matériau supposé homogène et pouvant posséder un élément global de symétrie : plan, axe ou point de symétrie (figure Carbones et graphites polygranulaires Ce sont des matériaux monolithiques de texture isotrope constitués de grains de tailles variables et distribués de façon aléatoire dans le solide ; ces grains sont formés de microcristaux de graphite ou bien d'un ensemble de cristallites qui peuvent être définis comme des ensembles cohérents détectés par diffraction des rayons X. Remarque : il existe aussi un carbone “vitreux” à cause de son aspect, formé à partir d'une phase condensée ; il est non cristallisé et présente un comportement global isotrope Carbones pyrolytiques : pyrocarbones et pyrographites Ce sont des solides monolithiques obtenus par dépôt en phase vapeur à haute température ( à 2 500°C) d'un précurseur gazeux hydrocarboné sur un substrat plan. Différents types de textures existent avec deux grandes classes de pyrocarbones appelées isotropes ou lamellaires. [...]

[...] La graphitation : 2000 [...]

[...] Carbyne : les atomes de carbone sont bi-coordonnés formant une chaîne présentant deux formes limites: polyine : C = C = C et polycumulène : C - C C. C'est une phase trèsmétastable et peu cristallisable Phases “moléculaires” du carbone (figure Les atomes de carbone tri-coordonnés sont inscrits sur une surface atomique courbe de type graphène. Elles sont caractérisées par les courbures, moyenne et gaussienne : produit des deux rayons de courbure orthogonaux) du plan atomique considéré : Fullerènes : molécules de structure fermée composées d'hexagones en nombre pair et de douze pentagones isolés ; le premier composé stable de la série est constitué de 60 atomes de carbone avec 20 cycles hexagonaux Nanotubes monofeuillet : ils sont constitués d'une feuille de graphène enroulée sur elle-même et formant un cylindre avec un diamètre de l'ordre du nanomètre ; ces nanotubes peuvent être ouverts ou fermés aux extrémités et présentent diverses hélicités avec des propriétés différentes. [...]

[...] Noter que le terme allotropie est aussi introduit dans un sens voisin par Berzélius en 1855. Diagramme de phase thermodynamique (figure : en fonction des variables intensives température et pression on peut trouver des phases solide, liquide et gaz, comportant en principe une infinité d'atomes. La phase solide présente plusieurs variétés polymorphes correspondant à un état d'hybridation différent (figure : Diamant : corps pur formé d'atomes de carbone tétra-coordonnés dans une structure cubique faces centrées (ou hexagonale : la Lonsdaleïte) et existant à l'état métastable à T et P ordinaires. [...]

[...] Fibres : fabriquées en continu à partir d'une phase condensée précurseur du carbone (exemple fil de poly-acrylonitrile : PAN) ; par des techniques de filage textile des fibres d'une dizaine de mm de diamètre sont obtenues pouvant ensuite former des fils ou des torons (large ensemble de fibres torsadées), et des tissus Carbones aciniformes Ils sont formés de particules de carbone normalement sphériques, et de tailles variables, avec un point de symétrie. On distingue en particulier : Les suies : particules solides colloïdales de carbone résultant de la combustion incomplète et non maîtrisée d'un produit organique (variante : les aérosols obtenus à partir d'un liquide précurseur). Les noirs de carbone : résultent de la production industrielle de particules sphériques individuelles ou sous forme d'agrégats. [...]