SOLIDES AMORPHES: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les solides amorphes sont ceux sans structure ordonnée à longue portée. Ils sont à l'opposé de ce que l'on appelle un solide cristallin. Ses particules s'associent de manière désordonnée, semblable à celle des liquides, mais avec suffisamment de force pour se fondre en une structure solide.

Ce caractère amorphe est plus courant que vous ne le pensez; c'est en fait un des états possibles que peut adopter la matière condensée. On comprend par là que tout composé capable de se solidifier et donc de cristalliser peut également s'agglomérer de manière désordonnée si les conditions expérimentales le permettent.

La barbe à papa est un exemple de solide amorphe. Source: Pixabay.

Ce qui précède s'applique généralement aux substances pures, qu'il s'agisse d'éléments ou de composés. Mais c'est également valable dans le cas des mélanges. De nombreux mélanges solides sont amorphes, comme la barbe à papa, le chocolat, la mayonnaise ou la purée de pommes de terre.

Le fait qu'un solide soit amorphe ne le rend pas moins précieux qu'un cristallin. Le désordre structurel lui confère parfois des propriétés uniques qu'il ne présenterait pas à l'état cristallin. Par exemple, dans l'industrie photovoltaïque, le silicium amorphe est préféré au cristallin pour certaines applications à petite échelle.

Structure des solides amorphes

Différence entre une structure cristalline et une structure amorphe. Source: Gabriel Bolívar.

La structure d'un solide amorphe est désordonnée; il manque de périodicité ou de modèle structurel. L'image ci-dessus illustre ce point. A correspond à un solide cristallin, tandis que B représente un solide amorphe. Notez que dans B les losanges violets sont disposés arbitrairement, même si à la fois dans A et B existent le même type d'interactions.

Si vous regardez également B, vous verrez qu'il y a des espaces qui semblent vides; c'est-à-dire que la structure présente des défauts ou des irrégularités. Par conséquent, une partie du désordre microscopique ou interne d'un solide amorphe est due au fait que ses particules sont "disposées" de telle manière que la structure résultante présente de nombreuses imperfections.

Au début, il a été fait mention de la portée du degré de commande des solides amorphes. En B, il n'y a que quelques losanges qui semblent parfaitement alignés. Il peut y avoir des régions ordonnées; mais seulement à courte distance.

On dit alors qu'un solide amorphe est constitué de minuscules cristaux incommensurables de structures différentes. La somme de toutes ces structures finit par devenir labyrinthique et dénuée de sens: la structure globale devient amorphe, constituée de blocs cristallins sans fin dispersés partout.

Propriétés

Les propriétés d'un solide amorphe varient en fonction de la nature de ses particules constitutives. Cependant, certaines caractéristiques générales peuvent être mentionnées. Les solides amorphes peuvent être vitreux, lorsqu'ils présentent des aspects similaires aux cristaux; ou gélatineux, résineux ou poussiéreux.

Comme leurs structures sont désordonnées, ils ne génèrent pas de spectres de diffraction des rayons X fiables. De même, leurs points de fusion ne sont pas précis, mais couvrent plutôt une plage de valeurs.

Par exemple, le point de fusion d'un solide amorphe peut aller de 20 à 60 ° C. Pendant ce temps, les solides cristallins fondent à une température spécifique, ou dans une plage étroite s'ils contiennent de nombreuses impuretés.

Une autre caractéristique des solides amorphes est que lorsqu'ils se cassent ou se fracturent, ils ne sont pas à l'origine de fragments géométriques à faces planes, mais de fragments irréguliers à faces courbes. Lorsqu'elles ne sont pas vitreuses, elles apparaissent sous forme de corps poussiéreux et opaques.

préparation

Plus qu'un solide amorphe, ce concept doit être traité comme un «état amorphe». Tous les composés (ioniques, moléculaires, polymériques, métalliques, etc.) sont capables, jusqu'à un certain point, et si les conditions expérimentales le permettent, de former des solides amorphes et non cristallins.

Par exemple, dans les synthèses organiques, les composés solides sont initialement obtenus sous forme de masses pulvérulentes. Sa teneur en impuretés est si élevée qu'elles affectent son ordre moléculaire à long terme. C'est pourquoi, lorsque le produit recristallise encore et encore, le solide devient de plus en plus cristallin; il perd son caractère amorphe.

Cela ne signifie cependant pas que les solides amorphes sont nécessairement des matériaux impurs; plusieurs d'entre eux sont amorphes par leur propre nature chimique.

Une substance pure peut se solidifier de manière amorphe si son liquide est soudainement refroidi, de telle sorte que ses particules ne cristallisent pas, mais prennent une configuration vitreuse. Le refroidissement est si rapide que les particules n'ont pas assez de temps pour accueillir les blocs cristallins qui parviennent à peine à "naître".

L'eau, par exemple, est capable d'exister à l'état vitreux et amorphe, et pas seulement sous forme de glace.

Exemples de solides amorphes

Minéraux et plastiques

L'obsidienne est l'un des rares minéraux amorphes connus. Source: Pixabay.

Pratiquement n'importe quel matériau cristallin peut se conformer à une forme amorphe (et vice versa). Cela se produit avec certains minéraux qui, pour des raisons géochimiques, n'ont pas pu établir formellement leurs cristaux conventionnels. D'autres, par contre, ne forment pas des cristaux mais du verre; tel est le cas de l'obsidienne.

D'autre part, les polymères ont tendance à se solidifier de manière amorphe, car leurs molécules sont trop grandes pour définir une structure ordonnée. C'est là que les résines, les caoutchoucs, la mousse de polystyrène (anime), les plastiques, le téflon, la bakélite, entre autres, entrent en jeu.

Tissu biologique

Les solides biologiques sont pour la plupart amorphes, tels que: les tissus organiques, la peau, les cheveux, la cornée, etc. De même, les graisses et les protéines forment des masses amorphes; Cependant, avec une préparation appropriée, ils peuvent cristalliser (cristaux d'ADN, protéines, graisses).

Des lunettes

Le verre, un solide amorphe

Bien qu'il soit resté presque le dernier, le solide amorphe le plus représentatif est de loin le verre lui-même. Sa composition est essentiellement la même que celle du quartz: SiO ₂. Le cristal de quartz et le verre sont des réseaux covalents tridimensionnels; seulement que le réseau de verre est désordonné, avec des liaisons Si-O de différentes longueurs.

Échantillon de verre métallique

Le verre est le solide amorphe par excellence, et on dit que les matériaux qui prennent une apparence similaire ont un état vitreux.

Carbone et métaux

Nous avons du charbon amorphe, le charbon actif étant l'un des plus importants pour ses capacités d'absorption. Il existe également du silicium amorphe et du germanium, avec des applications électroniques où ils agissent comme des semi-conducteurs.

Et enfin, il y a les alliages amorphes qui, en raison de la disparité de leurs atomes métalliques conformes, n'établissent pas de structure cristalline.

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
3. Rachel Bernstein et Anthony Carpi. (2020). Propriétés des solides. Récupéré de: visionlearning.com
4. Wikipédia. (2020). Solide amorphe. Récupéré de: en.wikipedia.org
5. Richard Zallen, Ronald Walter Douglas et autres. (31 juillet 2019). Solide amorphe. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: britannica.com
6. Elsevier BV (2020). Solide amorphe. ScienceDirect. Récupéré de: sciencedirect.com
7. Danielle Reid. (2020). Solide amorphe: définition et exemples. Étude. Récupéré de: study.com
8. Oeuvre de cube de Rubik. (2008). Qu'est-ce qu'un matériau amorphe? Récupéré de: web.physics.ucsb.edu