Les atomes constituant la matière s’assemblent pour former des molécules. Dans certaines conditions, ils forment des structures ordonnées : les cristaux.
I Le chlorure de sodium, un cristal courant
Doc1 Structure cristalline du chlorure de sodium
Le « sel de table », issu de l’évaporation de l’eau de mer, se présente sous la forme de petits cristaux de chlorure de sodium, de formule NaCl.
À l’état naturel, le chlorure de sodium existe sous la forme de cristaux cubiques, plus ou moins imbriqués les uns dans les autres.
Repère
À NOTERSi les atomes sont associés au hasard et sans ordre géométrique, le solide est dit amorphe.
À l’échelle microscopique, les cristaux de chlorure de sodium sont formés d’un empilement régulier et ordonné d’ions Na+ et Cl– (doc. 1). Ce sont des cristaux ioniques.
Cette structure solide, constituée d’un arrangement répétitif et géométrique d’atomes caractérise l’état cristallin.
II La maille élémentaire, structure périodique des cristaux
À l’échelle atomique, la structure cristalline est définie par une maille élémentaire : c’est le plus petit volume présentant les propriétés géométriques et physico-chimiques du cristal.
La répétition périodique de la maille élémentaire dans toutes les directions de l’espace forme un réseau cristallin (doc. 2).
Doc2 Exemple de maille élémentaire (à gauche) et de réseau cristallin (à droite) | |
Il existe une grande diversité de cristaux. Celle-ci est liée à :
– la forme géométrique de la maille (on en distingue sept) ;
– la nature des entités (atomes, molécules ou ions) qui composent le cristal, formant des cristaux ioniques ou moléculaires par exemple ;
– la position, dans cette maille, des entités constituant le cristal (doc. 3).
La maille cubique est la structure plus simple. On en distingue plusieurs types selon la position des entités au sein de la maille : on a par exemple la maille cubique simple (doc. 3a) et la maille cubique à faces centrées (doc. 3b).
Dans la maille cubique simple, les entités sont situées aux huit sommets du cube. Dans la maille cubique à faces centrées, comme celle du chlorure de sodium (doc. 3c et doc. 1b), on a :
– un ion chlorure Cl– aux huit sommets de la maille et au centre de ses six faces ;
– un ion sodium Na+ au centre de la maille et au milieu de chacune de ses 12 arêtes.
a) simple | b) à faces centrées | c) à faces centrées du chlorure de sodium |
Doc3 Vue en perspective d’une maille cubique