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Solides covalents

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Les solides covalents en réseau sont des solides cristallins qui sont constitués d'un vaste réseau tridimensionnel d'atomes individuels maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes. Des exemples de solides covalents en réseau sont le diamant, qui a un réseau continu d'atomes carbone et le quartz, qui possède un réseau continu de silicium et des atomes d'oxygène. Les forces covalentes extrêmement fortes entre les atomes rendent ces solides durs avec des points de fusion très élevés.

Par exemple, dans le diamant, chaque atome de carbone est sp³ hybridé et connecté tétraédralement à quatre atomes de carbone voisins via des liaisons covalentes simples. Ce réseau fortement interconnecté explique a dureté inhabituelle du diamant et son point de fusion très élevé. Le diamant est un mauvais conducteur électrique, car il ne comporte pas d'électrons délocalisés.

Dans le quartz, chaque atome de silicium est lié à quatre atomes d'oxygène, et chaque atome d'oxygène est partagé entre une paire d'atomes de silicium. La forte liaison covalente silicium-oxygène explique la dureté et le point de fusion élevé du quartz. Le graphite est un solide covalent de réseau inhabituel parce qu'il est doux et conduit l'électricité.

Tout comme le diamant, le graphite est un allotrope de carbone, ce qui signifie que les deux matériaux sont composés d'atomes de carbone dans différents espaces tridimensionnels. Dans le graphite, les atomes de carbone sont disposés en couches d'anneaux hexagonaux interconnectés. Dans chaque couche, chaque atome de carbone est hybridé sp² et est lié de manière covalente à trois atomes de carbone voisins.

Les électrons non liés sont délocalisés sur toute la couche, rendant ainsi le graphite un bon conducteur électrique. Cependant, ces couches uniquement liées entre elles par de faibles forces de dispersion. Par conséquent, les couches peuvent se chevaucher les unes sur les autres, rendant le graphite doux et floconneux.

C'est pourquoi le graphite est utilisé dans les crayons, car les couches de carbone sont facilement transférés sur le papier.

Overview

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Les solides de réseau covalent contiennent un réseau tridimensionnel d'atomes liés par covalence, tel qu'on en trouve dans les structures cristallines de non-métaux comme le diamant, le graphite, le silicium et certains composés covalents, comme le dioxyde de silicium (sable) et le carbure de silicium (carborundum, l'abrasif sur le papier de verre). De nombreux minéraux ont des réseaux de liaisons covalentes.

Pour briser ou faire fondre un solide de réseau covalent, les liaisons covalentes doivent être rompues. Comme les liaisons covalentes sont relativement fortes, les solides de réseau covalent sont généralement caractérisés par leur dureté, leur solidité et leurs points de fusion élevés. Par exemple, le diamant est l'une des substances connues les plus dures et fond à plus de 3500 °C.

Diamant vs Graphite

Le carbone est un élément essentiel ; le diamant et le graphite sont les deux allotropes du carbone les plus courants. Les allotropes sont des formes structurelles différentes du même élément. Le diamant est l'une des substances connues les plus dures, alors que le graphite est suffisamment mou pour être utilisé comme mine de crayon. Ces propriétés très différentes proviennent des dispositions différentes des atomes de carbone dans les différents allotropes.

Le diamant est extrêmement dur en raison des liaisons fortes entre les atomes de carbone dans toutes les directions. Le graphite est composé de feuilles planes de cristaux covalents qui sont maintenus ensemble en couches par des forces non covalentes. Contrairement aux solides covalents typiques, le graphite est très mou et conducteur électrique. Le graphite (d'une mine de crayon) déteint sur le papier en raison de la faiblesse des attractions entre les couches de carbone.

Graphène : matériel du futur

Une forme de carbone récemment découverte est le graphène. Le graphène a été isolé pour la première fois en 2004 en utilisant du ruban adhésif pour décoller des couches de plus en plus minces du graphite. Il s'agit essentiellement d'une seule feuille (un atome d'épaisseur) de graphite. Le graphène est non seulement solide et léger, mais il est également un excellent conducteur d'électricité et de chaleur. Ces propriétés peuvent s'avérer très utiles dans un large éventail d'applications, telles que des puces et circuits informatiques considérablement améliorés, de meilleures batteries et cellules solaires, et des matériaux structurels plus solides et plus légers. Le prix Nobel de physique 2010 a été décerné à André Geim et Konstantin Novoselov pour leur travail de pionnier avec le graphène.

Ce texte a été adapté de Openstax, Chimie 2e, Section: 10.5 L'état solide de la matière.

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Les solides covalents en réseau sont des solides cristallins qui sont constitués d'un vaste réseau tridimensionnel d'atomes individuels maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes. Des exemples de solides covalents en réseau sont le diamant, qui a un réseau continu d'atomes carbone et le quartz, qui possède un réseau continu de silicium et des atomes d'oxygène. Les forces covalentes extrêmement fortes entre les atomes rendent ces solides durs avec des points de fusion très élevés.

Par exemple, dans le diamant, chaque atome de carbone est sp³ hybridé et connecté tétraédralement à quatre atomes de carbone voisins via des liaisons covalentes simples. Ce réseau fortement interconnecté explique a dureté inhabituelle du diamant et son point de fusion très élevé. Le diamant est un mauvais conducteur électrique, car il ne comporte pas d'électrons délocalisés.

Dans le quartz, chaque atome de silicium est lié à quatre atomes d'oxygène, et chaque atome d'oxygène est partagé entre une paire d'atomes de silicium. La forte liaison covalente silicium-oxygène explique la dureté et le point de fusion élevé du quartz. Le graphite est un solide covalent de réseau inhabituel parce qu'il est doux et conduit l'électricité.

Tout comme le diamant, le graphite est un allotrope de carbone, ce qui signifie que les deux matériaux sont composés d'atomes de carbone dans différents espaces tridimensionnels. Dans le graphite, les atomes de carbone sont disposés en couches d'anneaux hexagonaux interconnectés. Dans chaque couche, chaque atome de carbone est hybridé sp² et est lié de manière covalente à trois atomes de carbone voisins.

Les électrons non liés sont délocalisés sur toute la couche, rendant ainsi le graphite un bon conducteur électrique. Cependant, ces couches uniquement liées entre elles par de faibles forces de dispersion. Par conséquent, les couches peuvent se chevaucher les unes sur les autres, rendant le graphite doux et floconneux.

C'est pourquoi le graphite est utilisé dans les crayons, car les couches de carbone sont facilement transférés sur le papier.

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