THEME 1

Une longue histoire de la matière

CRISTAUX DE FLUORINE

Une longue histoire de la matière

Chapitre 2

Les édifices ordonnées: les cristaux

INTRODUCTIONDans la nature, les atomes peuvent s’organiser selon différentes formes.

D’autres formes existent , notamment les cristaux

Mais aussi….

Problème:

-Comment les cristaux sont-ils

structurés ?

-En quoi leur structure conditionne-t--En quoi leur structure conditionne-t-

elle leurs propriétés physiques?

I- l’étude d’un exemple: le chlorure de

sodium.

a. Marais salants de Guérande

SEL MARIN HALITE

Le chlorure de sodium est un solide de formule chimique NaCl, constitué

d’ions chlorure Cl- et d’ions sodium Na+

b. Cristaux issus d’une mine

L’observation de ce cristal à

l’échelle macroscopique

comme à l’échelle

microscopique montre une

forme cubique.

1) l’organisation de la structure cristalline

Une maille de NaCl

Le chlorure de sodium est constitué

d’un empilement régulier d’ions

La structure microscopique d’un cristal peut –être décrite par la répétition dans

l ’espace d’un parallélépipède contenant des entités , ici les ions.

Ce parallélépipède est appelé MAILLE

Les ions Cl- occupent les sommet et

le centre des faces de ce cube

tandis que les ions Na+ occupent le

centre du cube et le milieu des

arêtes.

On dit alors que…

La forme géométrique de la maille, la

nature et la position des entités dans

cette maille définissent la structure

cristalline.

Les entités occupent une proportion

plus ou moins grande du volume de la

maille; cette proportion peut être

calculée et est appelée COMPACITE

2) Les calculs autour de la maille.

• LA MULTIPLICITE Z: nombre d’atomes contenus dans une

maille élémentaire. (Voir p34)

Z= 8 x1/8= 1

1 atome compose la

maille de polonium

Z= (8 x1/8) + (6x1/2)= 4

4 atomes composent la

maille

Calcul de la masse volumique du polonium

Calcul du volume d’une maille

cubique simple:

a=2R

Masse volumique: 3.47x10 -25 /(2x1.68x10-10)3

= 9147.69 kg/m3

Calcul de la compacité du polonium:

notée c, la compacité est un nombre qui mesure le taux d’occupation des entités

chimiques dans une maille

a=2Ra=2R

R= 0.168 nm a= 2x0.168 nm

Donc c= 0.52

Pour le chlorure de sodium

3) La diversité des cristaux.

Sept systèmes cristallins correspondant aux 7 formes de mailles

possibles

II- les

propriétés

macroscopi

ques d’un

cristal.

Les différentes

structures du

carbonecarbone

III- les cristaux dans les roches. 1) Une roche à différentes échelles

Le granite est une roche formée de plusieurs minéraux :le quartz, le feldspath, la biotite.

Les minéraux sont caractérisés par leur composition chimique et leur organisation cristalline.

Une roche est donc une association de cristaux appartenant à un ou plusieurs minéraux.

2) Les conditions de formation des cristaux.

Système triclinique, orthorhombique et orthorhombique

Suivant les conditions de pression et de température, Suivant les conditions de pression et de température, l’agencement des atomes peut subir une réorganisation particulière : c’est le cas de certains minéraux ayant subi un métamorphisme.

Un même composé de formule chimique unique pourra cristalliser dans différents systèmes cristallins. Les minéraux et par conséquent les cristaux formés auront alors des propriétés différentes.

2) Deux roches issus d’un même magma: le gabbro et le

basalte

Refroidissement lent

Refroidissement ultra rapide

ces deux roches magmatiques proviennent du refroidissement d’un même magma. Selon les conditions du refroidissement, les roches de même composition chimique peuvent avoir des aspects, structure, très différents.

Les roches volcaniques comme le basalte proviennent du refroidissement rapide d’un magma en surface, en conséquence, elles contiennent du verre. Le verre volcanique est un solide amorphe, c’est-à-dire que l’empilement d’entités se fait sans ordre géométrique. Cela correspond au liquide magmatique qui a figé !

IV- les cristaux et le vivant

Chez les animaux

Chez les végétaux

Autres exemples p 38-39