Cristal ionique
Uncristal ioniqueest uncristaldont les liaisons entreatomessont de nature essentiellementionique.La plupart desoxydeset deshalogénuressont des cristaux ioniques, tandis que, dans lessilicates,la liaison entre lesiliciumet l'oxygènen'est pas entièrement ionique mais comprend une contributioncovalente.Lesrègles de Paulingexpliquent la stabilité des cristaux ioniques. Lechlorure de sodiumet lesulfate de cuivresont des exemples de cristaux ioniques.
Structures types
[modifier|modifier le code]Les ions sont typiquement empilés en structures cristallines régulières, dans un arrangement qui maximise l'attraction et minimise la répulsion par lesforces de Coulomb.Pour les ions sphériques (ce qui inclut tous les ions monoatomiques), l'arrangement des anions dans ces systèmes est souvent relié à l'empilement compactde sphères de mêmes rayons, où les cations occupent lesinterstices.Selon lastœchiométriedu composé ionique, et lacoordinence(principalement déterminée par le rapport desrayons ioniquesdes cations et des anions), quelques structures types sont souvent observées[1].
| Stœchiométrie | Coordination cation:anion | Sites interstitiels occupés | Empilement cubique à faces centrées | Empilement hexagonal compact |
|---|---|---|---|---|
| MX | 6:6 | tous les sites octaédriques | chlorure de sodium | arséniure de nickel |
| 4:4 | un site tétraédrique sur deux | ZnS blende | ZnS wurtzite | |
| M2X | 4:8 | tous les sites tétraédriques | de type antifluorine:oxyde de lithium | |
| MX2 | 6:3 | un site octaédrique sur deux (structure lamellaire, tous les sites octaédriques d'une couche sur deux) | chlorure de cadmium | iodure de cadmium |
| MX3 | 6:2 | un site octaédrique sur trois | chlorure de chrome(III)[2] | iodure de bismuth(III) |
| M2X3 | 6:4 | deux sites octaédriques sur trois | corindon |
Dans certains cas les anions occupent les nœuds d'un réseau cubique primitif, et les structures types observées sont:
| Stœchiométrie | Coordination cation:anion | Sites interstitiels (cubiques) occupés | Exemple de structure |
|---|---|---|---|
| MX | 8:8 | tous | chlorure de césium |
| MX2 | 8:4 | une maille sur deux | de typefluorine |
Enfin, les composés mixtes (avec un anion noté X et deux cations notés ici A et B) peuvent être décrits de la façon suivante:
| Stœchiométrie | Sites interstitiels occupés | Empilement cubique à faces centrées | Empilement hexagonal compact |
|---|---|---|---|
| ABX3 | deux sites octaédriques sur trois, couches alternées de A et B | structure pérovskite | ilménite |
| AB2X4 | A dans un site tétraédrique sur huit et B dans un site octaédrique sur deux | spinelle normale | olivine |
| AB2X4 | B dans un site tétraédrique sur huit et A et B dans un site octaédrique sur deux | spinelle inverse |
Structure pérovskite
[modifier|modifier le code]La structureABX3pérovskitepeut être décrite comme une structure avec les cations A2+aux nœuds d'un réseau cubique primitif, les cations B4+au site octaédrique central, et les anions X2−aux centres des faces.
Toutes les espèces minérales possédant une formule chimique ABX3ne sont pas forcément des pérovskites. La preuve la plus simple est celle ducarbonate de calcium(CaCO3). En effet, il n'existe pas decationC4+dans les conditions ordinaires naturellement rencontrées sur Terre car lecarboneest l'élément tétravalent possédant la tendance la plus forte à former desliaisons chimiquescovalentes(mise en commun d'électronspartagés entreatomes). De ce fait, l'aniontrigonal plancarbonate(CO32–) se forme à la place du cation C4+.Le caractère covalent des liaisons décroît quand on descend dans une colonne (ougroupe) dutableau périodique des éléments:Groupe 4:Ti, Zr, Hf, Rf, (plus Ce et Th pour leslanthanidesetactinides) etGroupe 14:C, Si, Ge, Sn, Pb, car la valeur de l'énergie d'ionisationdes atomes diminue quand lerayon atomiqueaugmente.
Voir aussi
[modifier|modifier le code]Notes et références
[modifier|modifier le code]- Lesley E. Smart; Elaine A.Moore,Solid state chemistry: an introduction,Boca Raton, Fla. u.a., Taylor & Francis, CRC,,3eéd.(ISBN978-0-7487-7516-3),p.44.
- (en)Arthur B.Elliset and others,Teaching general chemistry: a materials science companion,Washington, American Chemical Soceity,,3. printéd.,554p.(ISBN0-8412-2725-X),p.121.
