Cours de base de Cristallographie

Cours de base de Cristallographie

La matière peut exister sous trois états : L’état gazeux, l’état liquide et l’état solide. La forme sous laquelle se trouve la matière est déterminée par les interactions entre ses particules constitutives (atomes, molécules ou ions). Les liquides et les gaz sont des fluides, déformables sous l’action de forces très faibles, ils prennent la forme du récipient qui les contient. Les solides ont une forme propre, leur déformation exige des forces importantes. Les solides peuvent exister sous deux états différents : 

- l’état désordonné caractérisé par une structure non ordonnée c’est le cas des systèmes amorphes, par exemple les verres. 

- l’état ordonné caractérisé par une structure ordonnée correspond aux solides cristallins.

a. Cristallographie 

Le terme Cristallographie du latin « crystallus » cristal (objet de cristal, glace, ...), dérivé du grec ancien « krystallos » glace ; et de graphie écriture. La cristallographie est la science qui se consacre à l'étude des substances cristallines à l'échelle atomique. Les propriétés physicochimiques d'un cristal sont étroitement liées à l'arrangement spatial des atomes dans la matière. L'état cristallin est défini par un caractère périodique et ordonné à l'échelle atomique ou moléculaire. Le Cristallographe est la personne qui s'adonne à l'étude de la cristallographie. La Cristallogenèse est la formation d'un cristal, soit en milieu naturel, soit de façon expérimentale. Le Cristallier est un chercheur de cristal.

b. Cristal 

Le « Cristal » est un corps homogène dont les plus petits constituants (ions, atomes, molécules…) présentent un arrangement régulier. C’est une substance minérale ayant une forme géométrique et des faces planes. C'est un solide polyédrique. Un cristal est constitué d’un assemblage périodique de particules. Il peut être décrit par translation suivant les trois directions de référence d’une entité de base qu’on appelle la maille. La description du cristal nécessite la connaissance du réseau et celle du motif.

Il existe deux types de solides cristallisés : 
- les cristaux moléculaires 
- les cristaux macromoléculaires 

Les cristaux moléculaires sont formés par des empilements réguliers de molécules ; c’est le cas par exemple du diode I2, du dioxyde de carbone CO2, de l’eau H2O…. Dans les cristaux macromoléculaires, la notion de molécule en tant qu’entité chimique indépendante est remplacée par le cristal qui constitue ainsi une molécule. On classe parmi les cristaux macromoléculaires : 

- les cristaux ioniques (NaCl, CsCl, CaF2......). 
- les cristaux covalents (carbone à l’état graphite et diamant, Si, Ge....). - les cristaux métalliques (Na, Fe, Cu........).

c. Polyèdre 

Un polyèdre (du grec « polus », nombreux, indiquant la pluralité, et « hedra », face - base) est une forme géométrique à trois dimensions ayant des faces planes qui se rencontrent le long d'arêtes droites.

Les cinq polyèdres réguliers convexes (solides de Platon) sont : le tétraèdre, l'hexaèdre (ou cube), l'octaèdre, le dodécaèdre et l'icosaèdre

d. Minéral 

On appelle minéral un cristal : 

- existant dans la nature 

- caractérisé fréquemment, à l’échelle macroscopique, par des formes géométriques régulières s’il a pu croitre librement dans son milieu d’origine.

Les minéraux sont donc caractérisés par l’état cristallin. On note néanmoins quelques exceptions aux ci-dessus. Quelques minéraux sont amorphes (sans forme géométrique) tels que la calcédoine ou l’opale. Ils proviennent de la consolidation d’un gel colloïdal. Ces minéraux amorphes peuvent subir une ébauche de cristallisation lors des temps géologiques. Dans le cas de la silice, le minéral cristallisé de même composition chimique SiO2 est le quartz.

Ce cours comporte 02 chapitres :

CHAPITRE I : NOTION DE BASE DE CRISTALLOGRAPHIE

CHAPITRE 2 : SYSTÈMES CRISTALLINS : FORMULE DE SYMÉTRIE -INDICE DE MILLER 

Cours complet