Des édifices ordonnées : Les cristaux

Enseignement Scientifique

Chapitre 2 : Des édifices ordonnées:Les cristaux

I) Quelle est la structure des cristaux (exemple du sel)

1) On observe une géométrie cubique.

2) Macroscopiquement la géométrie est aussi cubique.

3) Malgré les modifications, ça reste un cube

Organisation de la maille élémentaire de la halite (NaCl)

-Un atome de sodium Na aux 8 sommets du cube.

-Un atome de sodium Na au centre de chacune des 6 faces du cube.

-Un atome de chlore Cl au centre des 12 arêtes du cube.

-Un atome de chlore Cl au centre du cube.

Un cristal résulte de la répétition dans l’espace d’un grand nombre d’unités élémentaires microscopique identiques. La forme et l’arrangement de ces unités confèrent au cristal sa géométrie à l’échelle macroscopique. On retrouve ainsi la géométrie cubique de l’Halite. En ce sens, les propositions Haüy sont correctes en revanche la géométrie d’un cristal ne donne aucune information sur la nature et la position des entités chimiques (Au sein d’unités élémentaires) D’autre part, il n’est pas toujours possible d’expliquer la variété de formes que peut prendre un composé chimique quand il cristallise.

Bilan : Les cristaux sont des solides organisés caractérisés par la répétition régulière dans l’espace d’entités chimiques (Atomes, Ions, Molécules). Le Chlorure de Sodium solide présent dans les roches ou issus de l’évaporation de l’eau de mer et constitués d’un empilement d’ions : C’est l’état cristallin. Plus généralement, une structure cristalline est définie par une maille élémentaire répétée périodiquement.

II) Quelles sont les propriétés des cristaux qui font leur diversité ?

1) Les trois paramètres qui permettent de définir un cristal sont :

-Le système cristallin avec ses paramètres géométriques (Longueurs d’arêtes et angles)

-La nature des entités chimiques contenues dans la maille

-La position des entités chimiques c’est-à-dire le réseau cristallin

2) Cube primitif                                               Cube faces centrées

                                                                          [pic 1][pic 2]

3) Le polonium, le fer et l’argent cristallisent tous les trois selon un système cubique simple, les atomes de fers forment un réseau cubique centré et les atomes d’argent forment un réseau cubique faces centrées.

4) Sachant que Mpolonium = 209 g · mol–1 et rpolonium = 0,168 nm.

5) Formule :

E= M maille/V maille = Z*(M/N)/a3 = 1*(209/6,022*1023)/(2*0,168*10-7)3

l = 9,15g/cm3

C= V atome/V maille = z*(4/3) πr3/ a3

1. C= 1*(4/3)π*0,1683/(2*0,168)3= 0,52

6) l = 2*(M/N)/a3

l = 4*(107,9/6,022*1022)/(4R/N2)3

C= 2*(4/3)*π*r3/a3

C= 4*(4/3)*π*0,145/(4*0,145/√2)=0,74

Une structure cristallin est défini par la forme géométrique de la maille (Système cristallin), la nature et la position (Réseau cristallin) dans cette maille des entités qui le constitue. Les cristaux les plus simples peuvent être décrit par une maille cubique. La position des entités dans cette maille distingue les réseaux cubiques simples et cubiques à faces centrées.

III) Quel est le lien entre roche, minéraux et cristaux ?

1) Une roche, présente à l’échelle macroscopique, est composée d’un ensemble de minéraux (comme par exemple le quartz). Un minéral peut être décrit à l’échelle microscopique par un cristal qui est un arrangement périodique et régulier d’une même maille. Une maille est composée de différents atomes ou ions (Si4+ et O2- dans le cas du quartz).

2) D’après la modélisation, lorsque la vanilline refroidit lentement, les cristaux formés sont de grande taille. Plus le refroidissement est rapide, plus les cristaux sont petits. On peut donc établir un lien entre vitesse de refroidissement et taille des cristaux formés, et expliquer les observations faites sur les roches :

-Sur la lame mince de rhyolite, on remarque que quelques gros cristaux coexistent avec des petits cristaux et du verre amorphe (sans cristaux). Ceci peut s’expliquer par le fait que cette roche ait refroidi en surface, plutôt rapidement .

-Sur la lame mince de granite, on ne distingue que des cristaux de grande taille. Cela s’explique par le fait que cette roche a refroidi lentement en profondeur.

3) Le verre amorphe, sans aucun cristal, pourrait se former lors d’un refroidissement très brutal. Dans le verre, on constate que la disposition des entités chimiques est désordonnée, sans ordre géométrique, par opposition à l’état cristallin.

Bilan : Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures selon les conditions de cristallisation (pression, température…). Ainsi un minéral se caractérise par sa composition chimique et son organisation cristalline. Une roche est formée de l’association de cristaux d’un même minéral ou de minéraux différents. Dans le cas des solides amorphes, l’empilement d’entités se sans ordre géométrique. C’est le cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d’une lave.

1) Un bio-minéral est un minéral retrouvé dans un être vivant.

2) 95 % de manière minérale, des cristaux d’aragonite

Bilan : Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques. Ces cristaux peuvent y avoir différents rôles : Protections contre les prédateurs, résistances mécaniques…

Chapitre 3 : Une structure complexe : La cellule vivante

I) Comment on était découverte les cellules ?

Il est aujourd’hui admis que les êtres vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules. Mais pour le découvrir, les scientifiques ont dû mettre au point des instruments permettant d’observer ces entités invisibles à l’œil nu.

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