Etude de structures cristallines

T.P.3:Compte rendu

Lucas Vecchi

MPEMBE Alchanie

Titre du T.P.3 : Etude de structures cristallines

    Le but de ce T.P. est de visualiser et d’étudier les ssystèmes cristallins tout d’abord du sulfate de cuivre penta-hydraté puis dans un deuxième temps celui de l’acide benzoïque puis enfin dans un troisièeme temps, celui du C60. Nous allons donc étudier les différebts paramètres qui carctérisent ces systèmes cristallins.

    Pour le principe de ce travail, nous allons étudier ces molécules à partir d’un logiciel nommé « Mercury »  sur orinateur qui nous donnera des informations necessaires afin de caract »riser ces strucures cristallines.

    Pour le mode opératoire, nous allons dans un premier temps étudier la molécule du cuivre penta-hydraté et nous allons accéder aux informations structurales sous forme de tableau :

Nous avons ci-dessous un tableau présentant des informations sur la molécule de sulfate de cuivre penta-hydraté et la position des atomes dans la structure cristalline. 

[pic 1]

Dans ce deuxième tableau, nous pouvons voir des précision sur le système cristallin :

Nous pouvons apercevoir que les longueurs du cristallin ne sont pas égaux et les angles ne sont également pas égaux donc nous pouvons supposer qu’il s’agit d’un système cristallin triclinique car a=/b=/c et les angles ne sont pas égaux entre eux et ne sont pas égaux à 90°.[pic 2]

Représebtation de la maille en projection sur les 3 axes (hors hydrogène) :

Selon l’axe a :

[pic 3]

Selon l’axe b :

[pic 4]

Selon l’axe c :

[pic 5]

Dénombrement d’atome par maille : D’apres les représentations que l’on peut faire avec le logiciel, on trouve qu’il y a deux fois CuSO4,5H2O dans la maille ce qui nous donne 10*2+9*2+1*2+1*2=42 atomes par maille.

Lors du T.P.1 nous avons étudier le facteur « x » dans CuSO4,x(H2O) et nous avons trouvé que x=5 ce qui nous donne bien la formule brute H10CuO9S que nous donne le logiciel. Donc nous avons bien la même molécule qu’au T.P.1.

En terme générale, l’unité asymétrique est la plus petite partie de la maille (ou groupe d'atomes, motif) qui permet de générer l'ensemble du cristal par la seule application des opérations de symétrie.

Ici, l’unité asymétrique de la maille à pour formule Cu2O8+H2O.

Présentation de résultat de mesure de liaison entre deux atomes. Ce tableau n’a pas pour but d’énumérer la totalité des mesures des liaisons mais la totalité des types de liaisons avec leurs mesures :  

[pic 6]

On peut voir dans ce tableau les liaisons : O—H , Cu—O   et les liasons S—O. Nous avons assezz de mesure pour          faire des moyennes sur chaque liaison et on obtient :

 (O—H)moyen= 0,961 Å

 (Cu—O)moyen= 2,12 Å

 (S—O) moyen= 1,480 Å

On remarque tout de même que certaines laisons Cu—O sont plus grandes que les autres et ces liaisons impactent fortement la moyenne mesuré des liaisons Cu—O . La moyenne et tournent autour de

2,41 Å. Ceux sont surement des liaisons Cu—O—S. Tandis que la moyenne des liaisons Cu—O sans les liaisons Cu—O—S est désormais de 1,967Å.

Ce deuxième tableau represésante quant à lui tout les types d’angles présent :

[pic 7]

 On peut voir dans ce tableau 4 types d’angle :

 Les angles (OCuO) , (CuOS) , (OSO) , et (HOH)

 On peut calculer leur moyenne et on trouve :

 angle(OCuO)moyen= 91,036 °

 angle(CuOS)moyen= 135,725 °

 angle(OSO)moyen= 109,462 °

 angle(HOH)moyen= 110,183 °

    Dans un deuxième temps, nous allons étudier cette fois-ci la structure cristalline de l’acide benzoique et nous allons de la même maniere accéder aux informations structurales sous forme de tableau.

Nous avons ci-dessous un tableau présentant des informations sur la molécule de l’acide benzoique et la position des atomes dans la structure cristalline.

[pic 8]

Dans ce deuxième tableau, nous pouvons voir des précisions sur le système cristallin :

Nous remarquons qu’aucune longueur ne sont égales mais aux niveau des angles alpha=gamma=90° mais alpha et gamma=/Beta. Ces paramètres nous font penser à un système cristallin monoclinique avec a=/b=/c et gamma=alpha=90° et alpha et Beta=/90°.[pic 9][pic 10]

Représebtation de la maille en projection sur les 3 axes (hors hydrogène) :

Selon l’axe a :

Selon l’axe b :

[pic 11]

Selon l’axe c :

[pic 12]

Après avoir cocher « H-Bond » des atomes supplémentaires sont ainsi retrouvés. Représentation de l’assemblage mis en évidence :

 [pic 13]

Les liaisons en bleu sont des liaisons hydrogènes. Ceux sont les liaisons les plus fortes parmis les plus faibles des   liaisons. Ce ne sont pas des liaisons covalentes mais les hydrogènes se baladent entre les deux composés ce qui solidifient leurs liens et gardent les molécules une à côté de l’autre

    Dans un troisième temps, nous allons étudier et visualiser la structure cristalline du C60 et nous allons, par le même procédé, accéder aux informations structurales sous forme de tableau.

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