How big is Atome de carbone?

Un atome de carbone possède six électrons autour d'un noyau de six protons et, en général, de six neutrons. Mesuré de la même façon que l'atome d'hydrogène de l'explorateur, c'est-à-dire comme le double de la distance à laquelle ses électrons les plus externes ont le plus de chances de se trouver, il mesure environ 0,13 nanomètre de diamètre, soit 130 picomètres. Un nanomètre est un milliardième de mètre, et un picomètre est un millième de nanomètre.

Taille

Un atome n'a pas de forme ni de taille rigide, si bien qu'il existe plusieurs façons de le définir, chacune donnant un nombre différent. Le chiffre indiqué ici provient de calculs sur l'endroit où les électrons ont le plus de chances de se trouver. Deux des six électrons du carbone restent près du noyau, tandis que les quatre autres se trouvent plus loin, comme le montre l'image de l'explorateur. Ces quatre électrons externes se trouvent le plus souvent à environ 65 picomètres du noyau, ce qui donne à l'atome un diamètre d'environ 130 picomètres.

Pour les atomes au sein d'une molécule, les chimistes utilisent souvent une autre mesure. Le rayon covalent correspond à la moitié de la distance entre les centres de deux atomes liés. Deux atomes de carbone reliés par une liaison simple se trouvent en moyenne à 154 picomètres l'un de l'autre ; selon cette mesure, un atome de carbone mesure donc environ 150 picomètres de diamètre.

Le rayon de van der Waals mesure au contraire jusqu'à quelle distance deux atomes distincts peuvent s'approcher avant de se repousser. Selon cette mesure, un atome de carbone mesure environ 340 picomètres de diamètre.

Comparaisons de taille

Un atome de carbone est environ 1,2 fois plus large qu'un atome d'hydrogène, qui mesure 106 picomètres de diamètre selon la même mesure.
La double hélice d'ADN, large d'environ 2 nanomètres, correspond à environ 15 atomes de carbone de large.
Placés côte à côte, environ 600 000 à 800 000 atomes de carbone couvriraient la largeur d'un cheveu.
Si un atome de carbone était agrandi à la taille d'un ballon de basket, soit environ 24 centimètres de diamètre, un cheveu mesurerait environ 150 à 185 kilomètres de large.

Comment les atomes de carbone se lient entre eux

Les atomes de carbone ont tendance à former quatre liaisons, et ils peuvent s'enchaîner pour former des chaînes de longueurs très variées. C'est cette capacité à former des chaînes de longueurs variées qui rend le carbone indispensable à la vie. Une liaison double rapproche deux atomes de carbone davantage qu'une liaison simple, jusqu'à 134 picomètres, et une liaison triple jusqu'à 120 picomètres.

Le carbone pur existe sous plusieurs formes, dont le diamant, le graphite et le graphène. Le diamant est assez dur pour couper la roche, tandis que le graphite est tendre. Le graphène est une feuille d'atomes de carbone de l'épaisseur d'un seul atome, disposés selon un motif d'hexagones semblable à un grillage.

Voir des atomes de carbone isolés

Les atomes de carbone pris individuellement sont bien trop petits pour un microscope optique, mais on les a observés au microscope électronique. En 2008, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory ont utilisé le microscope TEAM 0.5 pour produire des images montrant chaque atome de carbone d'une feuille de graphène. Le graphène étant fragile, ils ont utilisé un faisceau d'électrons plus doux, de moindre énergie, qui a tout de même permis de distinguer des détails espacés de 1 angström (100 picomètres).

Peser les atomes

Le carbone sert aussi d'étalon pour peser les atomes. Depuis 1960, le carbone 12, la forme du carbone qui possède six neutrons, sert de référence pour les masses atomiques. L'unité utilisée, le dalton, est définie comme un douzième de la masse d'un atome de carbone 12. Environ 99 % du carbone présent sur Terre est du carbone 12.