Qu'est-ce qu'un allotrope du carbone?
Un allotrope est l'une des deux ou plusieurs formes structurales différentes qu'un même élément chimique peut prendre. Les atomes sont identiques — ce qui change, c'est la façon dont ils sont liés et arrangés — et cet arrangement suffit à lui seul à transformer la dureté, la couleur, la conductivité et le comportement d'un matériau. Aucun élément ne l'illustre de façon plus spectaculaire que le carbone.
Mêmes atomes, matériaux opposés
L'exemple classique est la différence entre le diamant et le graphite — tous deux 100 % carbone, et pourtant à peu près aussi différents que deux matériaux peuvent l'être :
- Diamant — chaque atome est lié à quatre autres dans un réseau tridimensionnel rigide. Le résultat est le matériau naturel le plus dur connu, transparent et isolant électrique.
- Graphite — les atomes se lient en feuillets plats qui s'empilent sans grande cohésion et glissent les uns sur les autres. Le résultat est mou, gris, glissant et conducteur d'électricité — c'est la « mine » d'un crayon.
Rien n'a été ajouté ni retiré pour passer de l'un à l'autre. Seule la géométrie a changé — et avec elle, tout le reste.
La famille du carbone
Les allotropes connus du carbone comprennent :
- Diamant et lonsdaléite — réseaux 3D rigides.
- Graphite — feuillets plats empilés.
- Graphène — un seul feuillet de graphite d'un atome d'épaisseur, isolé en 2004 (un exploit qui a valu son propre prix Nobel en 2010).
- Nanotubes de carbone — des feuillets de graphène enroulés en tubes.
- Fullerènes comme le C60, le C70 et le C540 — des atomes refermés en cages et en sphères creuses.
- Carbone amorphe — du carbone sans ordre à grande distance, comme la suie et le charbon de bois.
La place du C60
Le C60 (buckminsterfullerène) est le membre sphérique et moléculaire de la famille du carbone — 60 atomes refermés en une cage creuse en forme de ballon de soccer. Il a été découvert en 1985 et reconnu par le prix Nobel de chimie 1996, et sa forme est un clin d'œil aux dômes géodésiques de Buckminster Fuller. Le même élément que le diamant d'une bague et le graphite d'un crayon — une forme complètement différente, et un ensemble de propriétés complètement différent.
Pourquoi c'est important ici
Comprendre que le C60 est un allotrope du carbone distinct et bien défini est le point de départ pour lire la science honnêtement. C'est une molécule précise, dotée d'une structure précise — et non un vague « supplément de carbone » — et c'est exactement pour cela qu'elle peut être étudiée, mesurée et testée en laboratoire pour sa pureté. Pour les recherches publiées sur le C60 lui-même, consultez nos résumés de recherche.
Information éducative seulement. Sources : American Chemical Society; Encyclopaedia Britannica — allotropie. Schéma : « Andel », Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.