REPRESENTATION DE L’ARRANGEMENT DES SOLIDES CRISTALLINS

La structure d’un matériau solide influence ses propriétés physiques. Prenons l’exemple du Carbone. Il existe sous deux formes allotropiques : Le Carbone diamant et le Carbone graphite.

* Carbone Graphite (figure XXV) :

Plans de carbone d’hybridation sp² (angle de 120°). On observe un recouvrement partiel des orbitales p dans lesquelles les électrons peuvent circuler librement. Ce qui en fait un très bon conducteur.

Il faut également noter qu’il n’y a aucune liaison entre les plans si ce n’est des liaisons de types « induites » dû à la polarisabilité des énormes plans. Ceux-ci peuvent donc «glisser » les uns par rapport aux autres. D’où l’utilisation du carbone graphite dans les lubrifiants.

* Carbone Diamant (figure XXVI) : Carbone d’hybridation sp³ (angle de 109,5°). On n’observe pas d’orbitales p dans lesquelles les électrons peuvent circuler librement. Ceci en fait un très bon isolant.

Il faut également noter qu’il a des liaisons covalentes entre les carbones, ce qui en fait un système très rigide. Il est très souvent utilisé dans l’industrie pour sa dureté.

L’exemple des formes allotropiques du carbone prouve bien qu’un même élément peut avoir des propriétés physiques très différentes.

Un autre exemple : Le SiO2 est présent sous forme de tétraèdre. On le retrouve dans le quartz et dans le verre. Ces deux composés ont des propriétés différents (par exemple : le quartz laisse passer les rayonnements UV alors que le verre les bloque). Une même molécule peut donc avoir des propriétés physiques (ici optique) différentes.

Nous allons maintenant introduire la notion de maille élémentaire. Il s’agit du motif géométrique le plus simple, qui, en se répétant, reproduit un arrangement tridimensionnel de points représentant les positions des composants (atomes, ions, molécules) constitutifs d’une substance.

Cette année, nous n’étudierons et calculerons le taux d’occupation que pour 3 mailles élémentaires différentes (figure XXVII).