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CH8 CH8 CH8 CH8 – – – – CM3 CM3 CM3 CM3 – – – – Cristallographie Cristallograph

CH8 CH8 CH8 CH8 – – – – CM3 CM3 CM3 CM3 – – – – Cristallographie Cristallographie Cristallographie Cristallographie – – – – 1/2 1/2 1/2 1/2 (Chimie 3 (Chimie 3 (Chimie 3 (Chimie 3 – – – – Architecture de la Matière 3) Architecture de la Matière 3) Architecture de la Matière 3) Architecture de la Matière 3) Objectif Objectif Objectif Objectif : : : : Des Des Des Descri cri cri cription de ption de ption de ption de l’état solide de la matière l’état solide de la matière l’état solide de la matière l’état solide de la matière Introduction Introduction Introduction Introduction : : : : Voir Polycopié (distribué en TP) Qu’est qu’un cristal ? (Structure organisée de la matière sous forme solide) Etats physiques de la matière (Solide / Liquide / Gazeux, selon Température et Pression) Quelques organisations possibles (Cubique Simple, Cubique Centré, Cubique Faces Centrées) 2 types de solides 2 types de solides 2 types de solides 2 types de solides : : : : Cristal – le plus courant = assemblage régulier sur de larges échelles d’atomes ou de molécules Solide amorphe – comme le verre ou le beurre – qui se figent de manière complètement désorganisée ATTENTION ATTENTION ATTENTION ATTENTION : Bien se référer au polycopié donné en TP pour la présentation : Bien se référer au polycopié donné en TP pour la présentation : Bien se référer au polycopié donné en TP pour la présentation : Bien se référer au polycopié donné en TP pour la présentation et le calcul de la multiplicité et le calcul de la multiplicité et le calcul de la multiplicité et le calcul de la multiplicité I I I I Description de la structure cristalline Description de la structure cristalline Description de la structure cristalline Description de la structure cristalline I I I I. . . .1 1 1 1 Définition Définition Définition Définition Maille : Partie élémentaire du cristal, à partir de laquelle on peut reconstituer tout le cristal (par duplication / translation / rotation) Réseau cristallin : Assemblage infini des mailles Description géométrique du cristal Nœuds : Points régulièrement disposés constituant la structure du cristal Motif du cristal : Entité placée à chaque noeud et qui se répète dans le cristal (Peut être un atome, un ion, une molécule…) Population ou multiplicité : Nombre de nœuds appartenant à la maille (noté N pour la suite) (Attention, certains nœuds appartiennent à plusieurs mailles, voir poly TP) Rmq : On se limite à des cristaux parfaits, dont l’organisation est parfaitement régulière – sans impuretés I I I I. . . .2 2 2 2 Compacité et masse volumique Compacité et masse volumique Compacité et masse volumique Compacité et masse volumique Modèle des sphères dures indéformables Pour faire un calcul approché, on modélise chaque motif du cristal par une sphère dure Compacité Compacité Compacité Compacité : : : : Rapport du volume réellement occupé par les sphères sur le volume total de la maille o ccu p é par les sph ères to tal d e la m aille V C V = Masse volumique Masse volumique Masse volumique Masse volumique : : : : Rapport de la masse d’une maille par son volume 3 motif maille N m m V a ρ ×   = =     Densité Densité Densité Densité : : : : Comparaison avec l’eau eau d ρ ρ = , en sachant que 1 3 1 . 1000 . eau kg L kg m ρ − − = = ATTENTION : La densité est une grandeur sans unité ( plus facile à manipuler) Ex : Elément Eau Fer α Plomb Titane Aluminium Or Uranium Iridium Densité 1 7,85 11,35 5 2,8 19,3 19 22,6 II II II II Réseaux Cristallins Courants Réseaux Cristallins Courants Réseaux Cristallins Courants Réseaux Cristallins Courants II II II II. . . .1 1 1 1 Cubique Cubique Cubique Cubique Simple Simple Simple Simple (CS) (CS) (CS) (CS) La maille : 1 nœud à chaque sommet d’un cube Population : 1 8 1 8 N = × = Contact au niveau de l’arête : 2 a R = Compacité : ( ) 3 3 4 3 5 2 % 6 2 o c c u p é m aille R V C C V R π π = = = = = II II II II. . . .2 2 2 2 Cubique Centré Cubique Centré Cubique Centré Cubique Centré (CC) (CC) (CC) (CC) La maille : 1 nœud à chaque sommet d’un cube + 1 nœud au centre Population : 1 8 1 1 2 8 N = × + × = Contact au niveau de la grande diagonale : 3 4 a R = 4 3 a R ⇒ = Rappel mathématique : Petite diagonale : Grande diagonale : Compacité : 3 3 4 2 3 3 6 8 % 8 4 3 o c c u p é m a ill e R V C C V R π π × = = = = =       II II II II. . . .3 3 3 3 C C C Cubique Faces Centrées ubique Faces Centrées ubique Faces Centrées ubique Faces Centrées (CFC) (CFC) (CFC) (CFC) La maille : 1 nœud à chaque sommet d’un cube + 1 nœud au centre de chaque face du cube Population : 1 1 8 6 4 8 2 N = × + × = Contact au niveau de la petite diagonale : 2 4 a R = Ainsi : 4 2 a R ⇒ = Compacité : 3 3 4 4 2 3 74% 6 4 2 occupé m aille R V C C V R π π × = = = = =       II II II II. . . .4 4 4 4 Hexagonale Compacte Hexagonale Compacte Hexagonale Compacte Hexagonale Compacte (Hors Programme) (Hors Programme) (Hors Programme) (Hors Programme) Empilement de structures hexagonales (= Solution la plus compacte pour répartir des sphères de même diamètre dans un plan) On montre que : 74% occupé m aille V C V = = Remarque Remarque Remarque Remarque : : : : 74% est le plus compact réalisable avec des sphères DURES de MEME DIAMETRE 2 structures permettent d’atteindre une telle compacité : CFC et HC (Hexagonal Compact) a a 2 a a 2 a 3 a CH8 CH8 CH8 CH8 – – – – CM3 CM3 CM3 CM3 – – – – Cristallographie Cristallographie Cristallographie Cristallographie – – – – 2/2 2/2 2/2 2/2 III III III III Types de Cristaux Types de Cristaux Types de Cristaux Types de Cristaux III III III III. . . .1 1 1 1 Variété Variété Variété Variétés s s s allotropi allotropi allotropi allotropique que que ques s s s Allotropie : Lorsqu’un corps pur peut exister sous plusieurs variétés cristallines Ex : Pour le Souffre : Remarque : Les variétés α et β sont dites « variétés allotropiques » Variétés allotropiques du Fer : Autres exemples : Carbone : Graphite, Diamant, Nanotubes, … (tous des cristaux covalents) La glace (Eau sous forme solide) possède plus de 10 formes allotropiques selon les conditions de température T et de pression P III III III III. . . .2 2 2 2 Types de Cristaux Types de Cristaux Types de Cristaux Types de Cristaux Pcp : Dans les cas de cristaux, des liaisons électriques se font entre les atomes et les molécules On distingue différents types de cristaux selon la nature de ces liaisons CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX COVALENTS COVALENTS COVALENTS COVALENTS Empilement d’atome (sphères) Motif = Atome Liaison de covalence Ex : C, Si Exemple : Diamant C CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX IONIQUES IONIQUES IONIQUES IONIQUES Empilement d’ions (charges + et -) Motif : Les ions Attraction charges Ex : NaCl, ZnS, CaF2 Exemple : Chlorure de Césium CsCl Cl Cs+ CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX METALLIQUES METALLIQUES METALLIQUES METALLIQUES Empilement d’atome (sphères) Motif = Atome métallique Liaison métallique Ex : Na, Fe (Pas de liaison directe, seulement une mise en commun des e-) CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX CRISTAUX MOLECULAIRE MOLECULAIRE MOLECULAIRE MOLECULAIRE Empilement de molécules Motif : la molécule Interaction électrique Ex : I2, H20, … Exemple : Diiode I2 Liaison forte Liaison faible PLUS FORCE DE LA LIAISON FORCE DE LA LIAISON FORCE DE LA LIAISON FORCE DE LA LIAISON MOINS Solide le plus dur : DIAMANT (Carbone tétraédrique) DIFFICULTE A BRISER LE CRISTAL DIFFICULTE A BRISER LE CRISTAL DIFFICULTE A BRISER LE CRISTAL DIFFICULTE A BRISER LE CRISTAL T° de fusion (C)=3675°C (ZnS)=1830°C (Fe)=1540°C (H20)=0°C MAIS ATTENTION – Beaucoup d’exception (à titre indicatif) S S S Sα α α α S S S Sβ β β β S S S Sliq liq liq liq Température T Température T Température T Température T 95°C 95°C 95°C 95°C uploads/Ingenierie_Lourd/ ch8-cm3-cristallographie-vpoly1861575672.pdf