Etude des cristaux

ETUDE DES CRISTAUX

La matière existe sous trois formes essentielles : solide, liquide ou gazeuse.  L’état solide est caractérisé par un volume et une forme fixés, les espèces constituant le solide occupent les unes par rapport aux autres des positions invariables. On distingue deux formes différentes de solides : * Les solides cristallisés : ils se présentent dans la nature ou au laboratoire sous la forme de polyèdres, solides  géométriques limités par des faces planes. Ce sont des cristaux de quartz (SiO2), de blende (ZnS), de cuivre (Cu), de glace (H2O) etc. Ces solides sont caractérisés par des températures de fusion Tfus correspondant au passage à l’état liquide.  * Les solides amorphes : ils sont obtenus par refroidissement d’un liquide, ils adoptent la forme qu’on leur donne. Contrairement aux cristaux, ils n’ont pas de température de fusion nette, leur chauffage provoque leur ramollissement jusqu’à l’état liquide.  La différence essentielle entre ces deux types de solides provient du fait qu’un cristal est constitué par la répartition périodique dans deux ou trois dimensions d’un motif toujours identique formé d’atomes, d’ions ou de molécules, alors que dans un amorphe les motifs sont liés entre eux d’une manière irrégulière et suivant les lois du hasard. Il existe 4 catégories de cristaux suivant la nature des entités et donc la nature de la liaison :

S’il n’y a plus de réseau cristallin dans un liquide, celui-ci conserve cependant une structure ordonnée à courte distance (celle de quelques motifs), mise en évidence par les spectres de rayons X. Globalement un liquide a une structure désordonnée à longue distance. combinaisons linéaires des trois vecteurs a, b , c. Nœud : il correspond au sommet d’un parallélépipède construit à partir des trois vecteurs de base Motif : c’est le contenu d’une maille ; sa répétition périodique et spatiale doit permettre de reconstitué l’ensemble  du cristal. Si le motif contient qu’une seule entité : la maille est simple ; s’il en contient deux : la maille est d’ordre deux. Si une entité est commune à Y mailles, elle n’appartient à la maille considérée que pour 1/Y.

 Propriétés mécaniques Ductibilité: possibilité d’obtenir des fils. Malléabilité : obtention de feuilles par forgeage ou laminage. Masses volumiques: en général élevées (sauf alcalins et alcalino-terreux).  Propriétés électriques Très grande conductivité électrique et thermique. Émission d’électrons par effet photoélectrique et thermoélectrique.  Dans le métal, chaque atome a perdu un ou plusieurs électrons donc le métal est constitué de cations placés dans un bain d’électrons ; les cations sont supposés lourds, immobiles et sphériques ( rayon r ) et la cohésion du cristal est due à la force électrostatique entre cations et électrons. Cette énergie de cohésion est égale à l’énergie d’atomisation qui est liée à l’équation :   Nous constatons que, parmi les métaux cités, l’argent est le meilleur conducteur du courant électrique. Mais c’est le cuivre qui est le plus utilisé (meilleur rapport qualité prix).   L’évolution du caractère métallique, donc de la conductivité électrique est liée à la position relative des..

 alliage de substitution : des atomes B ont pris la place de qq atomes de A / maille de A ; il faut que rB  rA et que A et B cristallisent suivant le même empilement. Ex de l’or à 18 carats : dans 24 g d’or, il y a 18 g d’atomes d’Au et 6 g d’atomes de Cu ce qui correspond à un mélange équimolaire d’atomes dans un réseau CFC. attention : les 2 couches A et B sont remplies différemment : dans les 2 couches, les atomes sont alignés les uns derrière les autres et les atomes de la couche B sont situés au-dessus des trous laissés par les atomes de la couche A .  (pour un ion, elle correspond au nombre de voisins de signe opposé placés à la plus petite distance ; on indique la coordinence du cation puis celle de l’anion )   En combinant toutes les formules, on trouve que pour qu’un cristal ionique ait pour modèle le chlorure de césium, il existe une condition sur le rapport des rayons ioniques..