La structure cristalline est l'agencement tridimensionnel des atomes dans un matériau solide, qui détermine ses propriétés physiques et chimiques. Il existe plusieurs types de structures cristallines, telles que cubiques, hexagonales, orthorhombiques et autres, chacune possédant ses propres caractéristiques. Dans cet article, nous aborderons les différents types de structures cristallines, des exemples de matériaux qui les possèdent et leur importance en science des matériaux.
Types de structures cristallines : découvrez les différentes configurations d’arrangement atomique dans les matériaux.
Une structure cristalline est la façon dont les atomes sont disposés dans un matériau solide. Il existe différents types de structures cristallines, chacune possédant ses propres caractéristiques et propriétés. Comprendre ces différents arrangements atomiques nous aide à mieux comprendre le comportement des matériaux.
L'une des structures cristallines les plus courantes est la structure cubique, où les atomes sont disposés selon un motif de cubes. Un autre type courant est la structure hexagonale, où les atomes forment des hexagones en couches superposées.
À ces structures s'ajoutent des structures cristallines plus complexes, telles que la structure tétragonale, la structure orthorhombique et la structure trigonale. Chacune de ces structures possède des caractéristiques uniques qui influencent les propriétés des matériaux.
Il est important de noter que la structure cristalline d'un matériau peut affecter ses propriétés mécaniques, thermiques, électriques et optiques. Par conséquent, comprendre l'agencement des atomes dans les matériaux est essentiel pour prédire et contrôler leur comportement.
En résumé, comprendre les différents types de structures cristallines nous aide à mieux comprendre les propriétés des matériaux et à développer de nouvelles applications. C'est un aspect fondamental de la science et de l'ingénierie des matériaux.
Découvrez les 14 réseaux cristallins existants et leurs caractéristiques uniques pour les matériaux solides.
Les réseaux cristallins sont des arrangements tridimensionnels d'atomes dans un matériau solide. Il existe 14 types de réseaux cristallins différents, chacun possédant ses propres caractéristiques. Ces réseaux déterminent les propriétés physiques et chimiques des matériaux solides. Découvrons quelques-uns des principaux réseaux cristallins et leurs caractéristiques :
Cubique à faces centrées (FCC):Dans ce réseau, les atomes sont présents aux sommets et au centre de chaque face du cube. C'est l'un des réseaux les plus courants, doté d'une densité élevée et d'une bonne ductilité.
Cubique centré sur le corps (BCC):Dans ce réseau, les atomes sont présents aux sommets et au centre du cube. Sa densité est inférieure à celle du réseau FCC et sa résistance est supérieure, étant fréquente dans des métaux comme le fer et le chrome.
Cubique simple (SC):Dans ce réseau, les atomes sont présents uniquement aux sommets du cube. Il présente la plus faible densité parmi les réseaux cubiques et est le moins stable, présent dans des matériaux comme le polonium et le sodium.
Hexagonal compact (HCP)Dans ce réseau, les atomes forment des couches hexagonales compactes, avec des atomes supplémentaires dans les interstices entre les couches. Ce réseau est moins courant que les réseaux cubiques, mais présent dans des métaux comme le zinc et le magnésium.
En plus de ces réseaux, il en existe d’autres tels que Tétragonale Rhomboédrique et Monoclinique, chacun possédant ses propres caractéristiques uniques. Comprendre les différents réseaux cristallins est essentiel pour mieux comprendre les propriétés des matériaux solides et leurs applications dans divers domaines scientifiques et technologiques.
Identifier si la structure est CCC ou CFC : apprenez à la différencier facilement.
Pour déterminer si une structure cristalline est cubique centrée (BCC) ou cubique à faces centrées (FCC), il est important d'observer la position des atomes dans la maille élémentaire. Dans la structure BCC, les atomes sont situés aux angles et au centre du cube. Dans la structure FCC, les atomes sont situés aux angles et sur les faces du cube.
Un moyen simple de différencier les deux structures est de compter le nombre d'atomes présents dans chaque maille. Dans la structure BCC, il y a un atome au centre du cube et huit atomes aux coins, soit un total de deux atomes par maille. Dans la structure FCC, il y a un atome au centre du cube et six atomes aux faces, en plus des huit atomes aux coins, soit un total de quatre atomes par maille.
Par conséquent, lors de l'analyse de la structure cristalline d'un matériau, comptez le nombre d'atomes dans la maille unitaire et déterminez s'il s'agit de 2 atomes (BCC) ou de 4 atomes (FCC). Grâce à cette simple observation, vous pourrez facilement identifier s'il s'agit d'une structure BCC ou FCC.
Identifier la structure cristalline : conseils et méthodes pour reconnaître l'organisation des atomes.
La structure cristalline est l'agencement des atomes dans un matériau, déterminant ses propriétés physiques et chimiques. Identifier la structure cristalline d'un matériau est essentiel pour comprendre son comportement et ses applications. Il existe plusieurs astuces et méthodes pour reconnaître l'agencement des atomes dans une structure cristalline.
Un conseil important est d’observer la forme des cristaux. cristaux Ce sont des structures solides dont la forme géométrique est définie, reflétant la disposition des atomes. La forme des cristaux peut indiquer le type de structure cristalline du matériau.
Une autre méthode d'identification de la structure cristalline est la diffraction des rayons X. Lorsqu'un faisceau de rayons X frappe un matériau cristallin, les atomes de la structure cristalline diffractent les rayons X, produisant un motif caractéristique. L'analyse de ce motif peut révéler la disposition des atomes dans le matériau.
La microscopie électronique à transmission est une autre méthode puissante pour identifier la structure cristalline. Cette technique permet de visualiser directement la disposition des atomes dans un matériau, permettant ainsi une analyse détaillée de la structure cristalline.
En bref, l'identification de la structure cristalline d'un matériau est essentielle à la compréhension de ses propriétés et de ses applications. L'observation de la forme des cristaux, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique à transmission sont quelques-unes des méthodes disponibles pour identifier la disposition des atomes dans une structure cristalline.
Structure cristalline : structure, types et exemples
A structure cristalline L'état solide est l'un des états que les atomes, les ions ou les molécules peuvent adopter dans la nature, caractérisé par un ordre spatial élevé. Autrement dit, il témoigne de l'« architecture corpusculaire » qui définit de nombreux corps à l'aspect vitreux et brillant.
Qu'est-ce qui favorise ou quelle force est responsable de cette symétrie ? Les particules ne sont pas isolées, mais interagissent entre elles. Ces interactions consomment de l'énergie et affectent la stabilité des solides. Les particules cherchent donc à s'accommoder les unes des autres pour minimiser cette perte d'énergie.
Ainsi, leur nature intrinsèque les conduit à former l'agencement spatial le plus stable. Par exemple, cela pourrait être le cas où les répulsions entre ions de même charge sont minimales ou où les atomes, comme les atomes métalliques, occupent le plus grand volume possible dans leurs empilements.
Le mot « cristal » a une signification chimique qui peut être déformée pour désigner d'autres corps. Chimiquement, il désigne une structure ordonnée (microscopiquement) qui, par exemple, pourrait être constituée de molécules d'ADN (un cristal d'ADN).
Cependant, il est souvent utilisé à tort pour désigner tout objet ou surface vitreux, comme les miroirs ou les bouteilles. Contrairement aux vrais cristaux, le verre est constitué d'une structure amorphe (confuse) de silicates et de nombreux autres additifs.
Structure
L'image ci-dessus illustre les pierres précieuses d'émeraude. De nombreux autres minéraux, sels, métaux, alliages et diamants présentent une structure cristalline ; mais quel est le lien entre leur ordre et la symétrie ?
Si un cristal, dont les particules peuvent être observées à l'œil nu, effectue des opérations de symétrie (l'inverser, le faire pivoter sous différents angles, le réfléchir sur un plan, etc.), on constatera qu'il reste intact dans toutes les dimensions de l'espace.
L'inverse se produit pour un solide amorphe, dont on obtient différents systèmes en le soumettant à une opération de symétrie. De plus, celui-ci ne présente pas de motifs de répétition structurelle, ce qui démontre le caractère aléatoire de la distribution de ses particules.
Quelle est la plus petite unité qui compose le motif structural ? Dans l'image ci-dessus, le solide cristallin est symétrique dans l'espace, tandis que le solide amorphe ne l'est pas.
Si des carrés étaient dessinés en appliquant des sphères orange et des opérations de symétrie, ils généreraient d'autres parties du cristal.
On répète ce qui précède avec des carrés de plus en plus petits, jusqu'à en trouver un qui soit asymétrique ; celui qui le précède en taille est, par définition, la cellule unitaire.
Cellule unitaire
La maille élémentaire est l'expression structurale minimale permettant la reproduction intégrale du solide cristallin. À partir de là, il est possible d'assembler le verre et de le déplacer dans toutes les directions de l'espace.
On peut le considérer comme un petit tiroir (coffre, seau, conteneur, etc.) où des particules, représentées par des sphères, sont disposées selon un schéma de remplissage. Les dimensions et la géométrie de ce tiroir dépendent de la longueur de ses axes (a, b et c) ainsi que des angles entre eux (α, β et γ).
La plus simple de toutes les cellules unitaires est la structure cubique simple (image du haut (1)). Dans celle-ci, les centres des sphères occupent les coins du cube, quatre à sa base et quatre au sommet.
Dans cette disposition, les sphères occupent à peine 52 % du volume total du cube et, comme la nature a horreur du vide, il n'y a pas beaucoup de composés ou d'éléments qui adoptent cette structure.
Cependant, si les mêmes sphères du cube sont disposées de manière à occuper le centre (cubique dans le corps, bcc), un empilement plus compact et efficace sera nécessaire (2). Les sphères occupent alors 68 % du volume total.
En revanche, dans (3), aucune sphère n'occupe le centre du cube, mais le centre de ses faces le fait, et toutes occupent jusqu'à 74 % du volume total (centre cubique sur les faces, ccp).
Ainsi, on peut observer que d'autres arrangements peuvent être obtenus pour un même cube, en faisant varier la manière dont les sphères (ions, molécules, atomes, etc.) sont empilées.
Types
Les structures cristallines peuvent être classées en fonction de leurs systèmes cristallins ou de la nature chimique de leurs particules.
Par exemple, le système cubique est le plus courant de tous et de nombreux solides cristallins sont régis par lui ; cependant, ce même système s'applique aux cristaux ioniques et aux cristaux métalliques.
Selon votre système cristallin
Les sept principaux systèmes cristallins sont représentés dans l'image précédente. On peut noter que quatorze d'entre eux sont en réalité des produits d'autres formes d'empilement des mêmes systèmes et constituent les réseaux de Bravais.
De (1) à (3) se trouvent des cristaux cubiques. Dans (2), on peut voir (grâce aux bandes bleues) que la sphère centrale et la sphère d'angle interagissent avec huit sphères voisines, de sorte que les sphères ont un nombre de coordination de 8. Dans (3), le nombre de coordination est de 12 (pour le voir, il faut dupliquer le cube dans un sens ou dans l'autre).
Les éléments (4) et (5) correspondent aux systèmes tétragonaux simple et centré. Contrairement au système cubique, son axe c est plus long que les axes a et b.
De (6) à (9) sont les systèmes orthorhombiques : depuis les systèmes simples centrés sur les bases (7), jusqu'à ceux centrés sur le corps et les faces. Dans ces systèmes, α, β et γ sont égaux à 90°, mais tous les côtés ont des longueurs différentes.
Les figures (10) et (11) sont des cristaux monocliniques et (12) sont tricliniques, présentant les dernières inégalités dans tous leurs angles et axes.
L'élément (13) est le système rhomboédrique, analogue au système cubique, mais avec un angle γ différent de 90°. Enfin, il existe les cristaux hexagonaux.
Les déplacements des éléments (14) donnent naissance au prisme hexagonal dessiné par les lignes pointillées vertes.
Selon sa nature chimique
– Si les cristaux sont formés par des ions, ce sont des cristaux ioniques présents dans les sels (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr, etc.)
– Les molécules comme le glucose forment (dans la mesure du possible) des cristaux moléculaires ; en l’occurrence, les fameux cristaux de sucre.
– Les atomes dont les liaisons sont essentiellement covalentes forment des cristaux covalents. C'est le cas du diamant et du carbure de silicium.
– De même, les métaux tels que l’or forment des structures cubiques compactes, qui constituent des cristaux métalliques.
Exemples
K 2 Cr 2 O 7 (système triclinique)
NaCl (système cubique)
ZnS (wurtzite, système hexagonal)
CuO (système monoclinique)
Références
- Quimitube (2015). Pourquoi les « cristaux » ne sont pas des cristaux Récupéré le 24 mai 2018 sur : quimitube.com
- Press Books 10.6 Structures réticulaires dans les solides cristallins. Consulté le 26 mai 2018 sur : opentextbc.ca
- Centre de ressources académiques sur les structures cristallines. [PDF]. Consulté le 24 mai 2018 sur : web.iit.edu
- Ming (30 juin 2015). Types de structures cristallines Récupéré le 26 mai 2018 sur : crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 janvier 2018). Types de cristaux Récupéré le 26 mai 2018 sur : thoughtco.com
- KHI (2007). Structures cristallines Récupéré le 26 mai 2018 de : folk.ntnu.no
- Pawel Maliszczak. (25 avril 2016). Cristaux d'émeraude bruts de la vallée du Panjshir, Afghanistan [Figure]. Consulté le 24 mai 2018 sur : commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 avril 2008). Malhas Bravais. [Chiffre]. Extrait le 26 mai 2018 de : commons.wikimedia.org
- Utilisateur : Sbyrnes321. (21 novembre 2011). Cristallin ou amorphe. [Figure]. Consulté le 26 mai 2018 sur : commons.wikimedia.org