SYSTÈMES CRISTALLINS: CONCEPT ET CARACTÉRISATION, TYPES, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les systèmes cristallins sont un ensemble de caractéristiques géométriques et d'éléments de symétrie qui permettent de trier différents amas cristallins. Ainsi, en fonction des longueurs relatives de ses côtés, de l'angle entre ses faces, de ses axes internes, et d'autres aspects géométriques, la forme d'un cristal finit par se différencier des autres.

Bien que les systèmes cristallins soient directement liés à la structure cristalline des minéraux, des métaux, des composés inorganiques ou organiques, ceux-ci se réfèrent davantage aux qualités de leur forme externe, et non à la disposition interne de leurs atomes, ions ou molécules.

La riche diversité des cristaux minéralogiques et leurs symétries sont soutenues par six systèmes cristallins. Source: Pexels.

Les six systèmes cristallins sont cubiques, tétragonaux, hexagonaux, orthorhombiques, monocliniques et tricliniques. Du système hexagonal dérive le trigonal ou rhomboédrique. Tout cristal à l'état pur, après avoir été caractérisé, devient l'un de ces six systèmes.

Dans la nature, il suffit parfois de regarder les cristaux pour savoir à quel système ils appartiennent; à condition d'avoir une maîtrise claire de la cristallographie. En de nombreuses occasions, cependant, il s'agit d'une tâche ardue, car les cristaux sont «brouillés» ou «déformés» en raison des conditions de leur environnement au cours de leur croissance.

Concept et caractérisation

Les systèmes cristallins peuvent à première vue apparaître comme un sujet abstrait et difficile à comprendre. Dans la nature, vous ne recherchez pas des cristaux qui ont la forme exacte d'un cube; mais partagez avec lui toutes ses qualités géométriques et isométriques. Même avec cela à l'esprit, il peut être visuellement impossible de déterminer à quel système cristallin appartient un spécimen.

Pour cela, il existe des techniques de caractérisation instrumentale, qui parmi leurs résultats montrent les valeurs de certains paramètres qui révèlent quel système cristallin est à l'étude; et en outre, il indique les propriétés chimiques du cristal.

La technique préférée pour caractériser les cristaux est donc la cristallographie aux rayons X; plus précisément, la diffraction des rayons X sur poudre.

En bref: un faisceau de rayons X interagit avec le cristal et un diagramme de diffraction est obtenu: une série de points concentriques, dont la forme dépend de la disposition interne des particules. Traitant les données, il finit par calculer les paramètres de la maille élémentaire; et avec cela, le système cristallin est déterminé.

Cependant, chaque système cristallin est à son tour composé de classes cristallines, qui totalisent 32. De même, d'autres formes supplémentaires différentes en dérivent. C'est pourquoi les cristaux sont très divers.

Types de systèmes cristallins

Cubique ou isométrique

Le cube n'est qu'une des classes cristallines que renferme le système cubique. Source: Smiddle

Le système cubique ou isométrique correspond à des cristaux hautement symétriques. Le cube, par exemple, présente une série d'opérations de symétrie qui le caractérisent. Au centre du cube, imaginez qu'une croix est dessinée qui touche les faces du dessus, du dessous et celle des côtés. Les distances sont égales et se coupent à angle droit.

Si un cristal respecte la symétrie du cube, même s'il n'a pas exactement cette forme, il appartiendra à ce système cristallin.

C'est là que les cinq classes cristallines qui composent le système cubique apparaissent: le cube, l'octaèdre, le dodécaèdre rhombique, l'icositétraèdre et l'hexacisoèdre. Chaque classe a ses propres variantes, qui peuvent ou non être tronquées (avec des sommets plats).

Tétragonale

Unité tétragonale. Source: Stannered via Wikipedia.

Le système tétragonal peut être visualisé comme s'il s'agissait d'un rectangle auquel on a donné du volume. Contrairement au cube, son axe c est plus long ou plus court que ses axes a. Cela pourrait également ressembler à un cube étiré ou compressé.

Les classes cristallines qui composent le système tétragonal sont les pyramides primitives et à quatre côtés, les pyramides doubles à huit côtés, les trapèzes, et encore l'icositétraèdre et l'hexacisoèdre. À moins d'avoir des formes en papier sous la main, il sera difficile de reconnaître ces formes sans l'aide d'années d'expérience.

Hexagonal

Entraînement hexagonal. Source: Stannered via Wikipedia.

Toute forme cristalline dont la base correspond à celle d'un hexagone appartiendra au système cristallin hexagonal. Certaines de ses classes cristallines sont: les pyramides à douze côtés et les pyramides doubles.

Trigone

La base d'un cristal qui appartient au système trigonal est également hexagonale; mais au lieu d'avoir six côtés, ils en ont trois. Ses classes cristallines viennent à être: les prismes ou pyramides à trois côtés, le rhomboèdre et le scalénoèdre.

Orthorhombique

Dans le système orthorhombique, ses cristaux ont une base rhomboédrique, donnant lieu à des formes dont les trois axes ont des longueurs différentes. Ses classes cristallines sont: bipyramidales, bisphénoïdes et pinacoïdes.

Monoclinique

Cette fois, dans le système monoclinique, la base est un parallélogramme et non un losange. Ses classes cristallines sont: sphénoïdes et prismes à trois côtés.

Triclinique

Unité triclinique. Source: Stannered via Wikipedia.

Les cristaux appartenant au système triclinique sont les plus asymétriques. Pour commencer, tous ses axes ont des longueurs différentes, ainsi que les angles de ses faces, qui sont inclinées.

C'est de là que vient son nom: trois angles tricliniques inclinés. Ces cristaux sont souvent confondus avec des formes orthorhombiques, hexagonales et adoptent également des formes pseudocubiques.

Parmi ses classes cristallines se trouvent les pinacoïdes, les pédions et les formes avec un nombre pair de faces.

Exemples de systèmes cristallins

Quelques exemples correspondants pour chacun des systèmes cristallins seront cités ci-dessous.

Cubique ou isométrique

Halite a des cristaux cubiques exceptionnels. Source: Parent Géry

L'halite, également connue sous le nom de sel commun ou de chlorure de sodium, est l'exemple le plus représentatif du système cubique ou isométrique. Parmi les autres minéraux ou éléments appartenant à ce système, on trouve:

-Fluorine

-Magnétite

-Diamant

-Espinela

-Galène

-Bismuth

-Argent

-Or

-Pyrite

-Grenat

Tétragonale

La wulfénite est l'exemple le plus représentatif du système cristallin tétragonal. Source: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Dans le cas du système tétragonal, la wulfénite minérale est l'exemple le plus représentatif. Parmi les autres minéraux de ce système, nous avons:

-Casitérite

-Zircon

-Chalcopyrite

-Rutile

-Anatase

-Scheelita

-Apophyllite

Orthorhombique

La tanzanite minérale appartient au système orthorhombique. Source: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Parmi les minéraux qui cristallisent dans le système orthorhombique, nous avons:

-Tanzanite

-Baryte

-Olivine

-Soufre

-Topaze

-Alexandrite

-Anhydrite

-Le permanganate de potassium

-Perchlorate d'ammonium

-Chrisobéryl

-Zoisite

-Andalusita

Monoclinique

Les cristaux de gypse appartiennent au système monoclinique. Source: Lysippos

Parmi les minéraux du système monoclinique, nous avons:

-Azurite

-Jeter

-Pyroxène

-Mica

-Spodumène

-Serpentin

-Pierre de lune

-Vivianita

-Pétalite

-Crisocolla

-Lazulite

Triclinique

Les cristaux de chalcanthite appartiennent au système triclinique. Source: Ra'ike

Parmi les minéraux du système triclinique, nous avons:

-Amazonite

-Feldspath

-Calcantite

-Rhodonite

-Turquoise

Hexagonal

Cristaux aigue-marine parfaitement hexagonaux. Source: Robert M. Lavinsky via Wikipedia.

Dans l'image ci-dessus, nous avons un exemple de moment où les formes naturelles révèlent instantanément le système cristallin du minéral. Parmi certains minéraux qui cristallisent dans le système hexagonal, nous avons:

-Émeraude

-Calcite

-Dolomie

-Tourmaline

-Quartz

-Apatite

-Zincite

-Morganite

Trigone

L'axinite minérale appartient au système trigonal. Source: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Et enfin, parmi certains minéraux appartenant au système trigonal, nous avons:

-Axinite

-Pyrargyrite

-Nitratine

-Jarosita

-Agate

-Rubis

-Oeil de tigre

-Améthyste

-Jaspe

-Saphir

-Quartz fumé

-Hématite

Références

1. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
3. Géologie dans. (2020). Structure cristalline et systèmes cristallins. Récupéré de: geologyin.com
4. K. Seevakan et S. Bharanidharan. (2018). Techniques de caractérisation des cristaux. International Journal of Pure and Applied Mathematics Volume 119 No.12 2018, 5685-5701.
5. Wikipédia. (2020). Système cristallin. Récupéré de: en.wikipedia.org
6. Groupe Fredrickson. (sf). Les 7 systèmes cristallins. Récupéré de: chem.wisc.edu
7. Âge de cristal. (2020). Les sept systèmes cristallins. Récupéré de: crystalage.com
8. Dr C. Menor Salván. (sf). Isométrique. Université d'Alcalá. Récupéré de: espiadellabo.com