SOLIDES CRISTALLINS: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, TYPES, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les solides cristallins sont ceux dont les structures microscopiques sont triées et obéissent à un motif distinctif pour un réseau particulier; par exemple: cubique, hexagonale, triclinique, rhomboédrique, entre autres.

On dit que ces solides existent sous forme de cristaux, affichant des facettes et des dessins géométriques qui reflètent leur ordre à l'intérieur. D'autres exemples de solides cristallins sont le diamant, le quartz, l'anthracène, la glace sèche, le chlorure de potassium ou l'oxyde de magnésium.

Une barre cristalline de sucre brun. Source: Pixabay.

Une paire bien connue de solides cristallins est celle du sucre et du sel (NaCl). À première vue, les deux montrent des cristaux blancs; mais leurs propriétés diffèrent énormément. Le sucre est un solide cristallin moléculaire, tandis que le sel est un solide cristallin ionique. Le premier est constitué de molécules de saccharose; et le second, des ions Na ⁺ et Cl ^-.

L'image ci-dessus donne un aperçu de la brillance des cristaux de sucre. Cependant, les cristaux de sel ne sont pas loin derrière. Bien que le sucre et le sel semblent frères, leurs structures sont différentes: le sucre, qui est le saccharose, a une structure monoclinique; tandis que le sel, une structure cubique.

Structure cristalline du chlorure de sodium, NaCl

Le sucre en poudre et le sel (glaçage) restent limpides; ses cristaux sont devenus tellement plus petits pour nos yeux. La cristallinité d'un solide est donc définie plus par sa structure interne que par son aspect extérieur ou sa brillance.

Structure des solides cristallins

Structures ordonnées de solides cristallins. Source: Gabriel Bolívar.

Les solides cristallins ont des structures ordonnées. Leurs caractéristiques géométriques dépendront du type de réseau cristallin auquel ils appartiennent, qui à son tour est projeté à l'extérieur dans les formes cristallines (système cristallin). L'image du haut illustre deux concepts importants de telles structures: la périodicité et les grains cristallins.

L'ordre spatial des particules d'un solide cristallin est périodique; c'est-à-dire qu'il se répète encore et encore dans toutes les directions. Cela crée son propre modèle structurel pour chaque réseau solide et cristallin; par exemple, c'est là que le sel et le sucre commencent à se différencier au-delà de leur nature chimique.

En A, les losanges sont disposés pour donner naissance à un losange plus grand. Chaque losange violet représente une particule ou un ensemble de particules (atomes, ions ou molécules). Ainsi, on peut s'attendre à ce qu'un cristal macroscopique de A ait une apparence rhomboédrique.

Pendant ce temps, en B, les losanges sont disposés de telle manière qu'ils sont à l'origine de grains cristallins; ce sont de très petits cristaux (cristallites). On dit alors que B est un solide polycristallin; c'est-à-dire qu'il est formé par l'agglomération de plusieurs cristallites.

En conclusion, un solide peut être simplement cristallin (A) ou polycristallin (B); A forme des cristaux, tandis que B des polycristaux.

Propriétés

Les propriétés des solides cristallins dépendent de leur type de cristal. On sait déjà que leurs structures sont ordonnées et qu'elles ont également tendance à présenter des caractéristiques brillantes dont les amateurs de minéraux tombent amoureux. Cependant, il a été mentionné qu'un solide pulvérulent, même "off", peut également être classé comme cristallin.

La manière dont leurs particules sont orientées spatialement leur permet d'avoir des propriétés importantes pour leur caractérisation. Par exemple, les solides cristallins sont capables de diffraction des rayons X, créant des spectres de diffraction à partir desquels la structure microscopique d'un cristal peut être déterminée.

Aussi, du fait que la structure est périodique, la chaleur se diffuse de la même manière dans tout le solide; tant qu'il n'y a pas d'impuretés impliquées. Ainsi, les points de fusion d'un solide cristallin sont constants et ne varient pas quelle que soit la manière dont ils sont mesurés.

Types de solides cristallins

Les types de solides cristallins sont basés sur le type de particules dont ils sont constitués et sur leurs interactions ou liaisons. Il existe essentiellement quatre types: les réseaux ioniques, métalliques, moléculaires et covalents.

Même lorsqu'ils présentent un certain degré d'impuretés, ils restent cristallins, même si leurs propriétés sont affectées et ils ne présentent pas les mêmes valeurs attendues pour un solide pur.

Ionique

Le sel est un exemple de solide cristallin ionique, car il est composé d'ions Na ⁺ et Cl ^-. Par conséquent, dans ce type de solides, la liaison ionique régit: ce sont les forces électrostatiques qui gouvernent l'ordre structurel.

Métallique

Tous les atomes métalliques forment des cristaux métalliques. Cela signifie que, par exemple, une fourchette en argent est un conglomérat de cristaux d'argent fondus. La structure interne ou microscopique est la même dans chaque pouce de l'objet, et reste inchangée de la poignée de la fourche à l'extrémité de ses dents.

Moléculaire

Le sucre est un exemple de solide cristallin moléculaire, car il est composé de molécules de saccharose. Par conséquent, ce type de solide est composé de molécules, qui par leurs interactions intermoléculaires (et non par des liaisons covalentes) parviennent à établir une structure ordonnée.

Réseaux covalents

Enfin, nous avons les solides cristallins des réseaux covalents. Les liaisons covalentes y prédominent, car elles sont chargées d'établir un ordre et de maintenir les atomes fermement fixés dans leurs positions spatiales respectives. On ne parle pas d'ions, d'atomes ou de molécules, mais de réseaux tridimensionnels.

Exemples

Ensuite, et enfin, quelques exemples seront cités pour chacun des types de solides cristallins.

Ionique

Tous les sels sont des solides ioniques. De même, il existe des sulfures, hydroxydes, oxydes, halogénures et autres composés également constitués d'ions, ou leurs interactions sont essentiellement ioniques. Donc nous avons:

-KCl

-Cas ₄

-Ba (OH) ₂

-CAS ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄) ₂ CrO ₄

En plus de ces exemples, la grande majorité des minéraux sont considérés comme des solides cristallins ioniques.

Métallique

Tout élément métallique se présente naturellement sous forme de cristaux métalliques. Certains d'entre eux sont:

-Cuivre

-Fer

-Aluminium

-Chrome

-Hydrogène métallique (sous des pressions inimaginables)

-Tungstène

-Zirconium

-Titane

-Magnésium

-Sodium

Moléculaire

Il existe une grande variété de solides cristallins moléculaires. Pratiquement tout composé organique qui se solidifie établira des cristaux si sa pureté est élevée ou si sa structure n'est pas trop complexe. Donc nous avons:

-Glace (H ₂ O)

-Glace sèche (CO ₂)

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (et ses polymorphes)

-Anthracène

-Oxygène solide

-Ammoniaque solide

-Phénolphtaléine

-Acide benzoique

Réseaux covalents

Et enfin, parmi certains solides cristallins de réseaux covalents, nous avons:

-Diamant

-Graphite

-Nanotubes de carbone

-Fullerenos

-Quartz

-Silicium

-Germanium

-Nitrure de bore

À partir de cette liste, les nanotubes de carbone et les fullerènes pourraient également être considérés comme des solides cristallins moléculaires. En effet, bien qu'ils soient constitués d'atomes de carbone liés de manière covalente, ils définissent des unités qui peuvent être visualisées sous forme de macromolécules (ballons et tubes de football).

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. Wikipédia. (2020). Cristal. Récupéré de: en.wikipedia.org
4. Chimie LibreTexts. (16 juin 2019). Solides cristallins et amorphes. Récupéré de: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein et Anthony Carpi. (2020). Propriétés des solides. Récupéré de: visionlearning.com