11.14:

11.14: Structures des solides

Structures of Solids

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Structures of Solids

11.13: Phase Diagrams

11.15: Molecular and Ionic Solids

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02:22 min

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September 24, 2020

Overview

Les solides dans lesquels les atomes, les ions ou les molécules sont disposés selon un motif répétitif défini sont appelés des solides cristallins. Les métaux et les composés ioniques forment généralement des solides cristallins ordonnés. Un solide cristallin a une température de fusion précise parce que chaque atome ou molécule du même type est maintenu en place avec les mêmes forces ou la même énergie. Les solides amorphes, ou solides non cristallins (ou parfois verres), qui n’ont pas de structure interne ordonnée et sont disposés de façon aléatoire. Les substances qui se composent de grandes molécules, ou d’un mélange de molécules dont les mouvements sont plus limités, forment souvent des solides amorphes. Le matériau amorphe devient mou progressivement, sur une plage de températures, en raison de la non-équivalence structurelle des molécules. Lorsqu’un matériau amorphe est chauffé, les attractions intermoléculaires les plus faibles sont rompues en premier. À mesure que la température augmente, des attractions plus fortes sont rompues.

Maille

La structure d’un solide cristallin est mieux décrite par son unité de répétition la plus simple, appelée maille. La maille est constituée des nœuds du réseau qui représentent les emplacements des atomes ou des ions. L’ensemble de la structure est alors constitué de cette maille qui se répète en trois dimensions, comme illustré dans la figure 1.

Figure 1. Maille et réseau cristallin avec les points du réseau indiqués en rouge.

En général, une maille est définie par les longueurs de trois axes (a, b et c) et les angles (α, β et γ) entre eux, comme illustré dans la figure 2. Les axes sont définis comme étant les longueurs entre les nœuds du réseau dans l’espace.

Figure 2. La maille est définie par ses axes (a, b et c) et ses angles (α, β, et γ)

Il existe sept systèmes de réseaux différents, dont certains ont plus d’un type de réseau, pour un total de quatorze mailles différentes.

Systèmes	Angles	Axes
Cubique	α = β = γ = 90°	a = b = c
Tétragonal	α = β = γ = 90°	a = b ≠ c
Orthorhombique	α = β = γ = 90°	a ≠ b ≠ c
Monoclinique	α = γ = 90° ; β ≠ 90°	a ≠ b ≠ c
Triclinique	α ≠ β ≠ γ ≠ 90°	a ≠ b ≠ c

Ce texte est adapté deOpenstax, Chimie 2e, Section 10.6 : Structures du réseau dans les solides cristallins.

Transcript

Les solides sont classés comme amorphes ou cristallins sur la base de leur structure tridimensionnel interne. Les solides amorphes comme le verre de silice fondue manque un arrangement interne ordonné de leurs particules constitutives, tandis que les solides cristallins comme le quartz ont leurs particules constituantes disposées dans un motif tridimensionnel répétitif dans tout le solide. La structure d’un solide cristallin est représentée par une cellule unitaire, qui est la plus petite unité répétitive de la structure cristalline qui conserve la symétrie de la structure.

Le motif tridimensionnel global est connu comme un réseau cristallin, qui est composé de points de maillage et de vecteurs de réseau. Les vecteurs de réseau délimitent les bords de la cellule unitaire, et les points de maillage peuvent être aux coins, sur les faces, ou au centre de la cellule unitaire. Les systèmes de maillage sont définis par les dimensions de l’unité cellule.

Il existe 7 types de systèmes de maillage:cubique, tétragonale, orthorhombique, rhomboédrique, monoclinique, triclinique et hexagonale. Les positions des atomes dans une maille élémentaire ne sont pas nécessairement les mêmes que ceux des points de réseau. Le motif des atomes dans la cellule unitaire, ou motif, est souvent défini en termes de localisation des atomes par rapport à un point de réseau donné.

Le nombre d’atomes dans une maille élémentaire reflète l’efficacité d’emballage du solide, ou la quantité de son volume occupé par les atomes plutôt que l’espace entre eux. Un plus grand nombre d’atomes dans la maille élémentaire correspond généralement à un conditionnement plus efficace. Les atomes affectés à une cellule unitaire peuvent ne pas être entièrement contenus dans la cellule.

Une façon de compter ces atomes partiels est de considérer chaque atome sur un coin comme un huitième d’un atome et chaque atome sur un visage comme la moitié d’un atome. Alternativement, si une cellule unitaire a un atome à chaque coin, l’un est affecté à la cellule unitaire et les sept autres sont ignorés. Si une maille élémentaire a un atome sur chacune des deux faces, l’un est affecté à la cellule unitaire et l’autre est ignoré.

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Structures de solides Solides amorphes Solides cristallins Structure interne Cellule unitaire Réseau cristallin Points de réseau Vecteurs de réseau Systèmes en treillis Cubique Tétragonal Orthorhombique Rhomboédrique Monoclinique Triclinique Hexagonal Atomes dans une cellule unitaire Motif Efficacité de l’emballage