Qu'est-ce qu'un cristal?

Un cristal est constitué de matière formée à partir d'un arrangement ordonné d'atomes, de molécules ou d'ions. Le réseau qui se forme s'étend en trois dimensions.

Parce qu'il y a des unités répétées, les cristaux ont des structures reconnaissables. Les gros cristaux affichent des régions plates (faces) et des angles bien définis.

Les cristaux avec des faces plates évidentes sont appelés cristaux euhédriques, tandis que ceux qui n'ont pas de faces définies sont appelés cristaux anhédriques. Les cristaux constitués de réseaux ordonnés d'atomes qui ne sont pas toujours périodiques sont appelés quasi-cristaux.

Le mot "cristal" vient du mot grec ancien krustallos, ce qui signifie à la fois "cristal de roche" et "glace". L'étude scientifique des cristaux est appelée cristallographie.

Exemples

Des exemples de matériaux de tous les jours que vous rencontrez sous forme de cristaux sont le sel de table (cristaux de chlorure de sodium ou d'halite), le sucre (saccharose) et les flocons de neige. De nombreuses pierres précieuses sont des cristaux, y compris le quartz et le diamant.

Il existe également de nombreux matériaux qui ressemblent à des cristaux mais qui sont en fait des polycristaux. Les polycristaux se forment lorsque des cristaux microscopiques fusionnent pour former un solide. Ces matériaux ne sont pas constitués de réseaux ordonnés.

Des exemples de polycristaux incluent la glace, de nombreux échantillons de métaux et la céramique. Encore moins de structure est affichée par les solides amorphes, qui ont une structure interne désordonnée. Un exemple d'un solide amorphe est le verre, qui peut ressembler à un cristal à facettes, mais n'en est pas un.

Liaisons chimiques

Les types de liaisons chimiques formées entre des atomes ou des groupes d'atomes dans les cristaux dépendent de leur taille et de leur électronégativité. Il existe quatre catégories de cristaux regroupés par leur liaison:

1. Cristaux covalents: Les atomes dans les cristaux covalents sont liés par des liaisons covalentes. Les non-métaux purs forment des cristaux covalents (par exemple, le diamant) comme le font les composés covalents (par exemple, le sulfure de zinc).
2. Cristaux moléculaires: Des molécules entières sont liées les unes aux autres de manière organisée. Un bon exemple est un cristal de sucre, qui contient des molécules de saccharose.
3. Cristaux métalliques: Les métaux forment souvent des cristaux métalliques, où certains des électrons de valence sont libres de se déplacer dans le réseau. Le fer, par exemple, peut former différents cristaux métalliques.
4. Cristaux ioniques: Les forces électrostatiques forment des liaisons ioniques. Un exemple classique est un halite ou un cristal de sel.

Réseaux cristallins

Il existe sept systèmes de structures cristallines, également appelés réseaux ou réseaux spatiaux:

1. Cubique ou isométrique: Cette forme comprend des octaèdres et des dodécaèdres ainsi que des cubes.
2. Tétragonale: Ces cristaux forment des prismes et des doubles pyramides. La structure est comme un cristal cubique, sauf qu'un axe est plus long que l'autre.
3. Orthorhombique: Ce sont des prismes rhombiques et des dipyramides qui ressemblent à des tétragones mais sans sections carrées.
4. Hexagonal: Prismes à six faces avec une section hexagonale.
5. Trigone: Ces cristaux ont un axe triple.
6. Triclinique: Les cristaux tricliniques ont tendance à ne pas être symétriques.
7. Monoclinique: Ces cristaux ressemblent à des formes tétragonales asymétriques.

Les réseaux peuvent avoir un point de réseau par cellule ou plus d'un, ce qui donne un total de 14 types de réseaux cristallins de Bravais. Les réseaux de Bravais, du nom du physicien et cristallographe Auguste Bravais, décrivent le réseau tridimensionnel constitué par un ensemble de points discrets.

Une substance peut former plus d'un réseau cristallin. Par exemple, l'eau peut former de la glace hexagonale (comme des flocons de neige), de la glace cubique et de la glace rhomboédrique. Il peut également former de la glace amorphe.

Le carbone peut former du diamant (réseau cubique) et du graphite (réseau hexagonal).

Comment se forment les cristaux

Le processus de formation d'un cristal est appelé cristallisation. La cristallisation se produit généralement lorsqu'un cristal solide se développe à partir d'un liquide ou d'une solution.

Lorsqu'une solution chaude refroidit ou qu'une solution saturée s'évapore, les particules se rapprochent suffisamment pour que des liaisons chimiques se forment. Des cristaux peuvent également se former par dépôt directement à partir de la phase gazeuse. Les cristaux liquides possèdent des particules orientées de manière organisée, comme les cristaux solides, mais sont capables de s'écouler.