Attention
en cours de relecture !!!
Stabilité des cristaux :
Un cristal est un assemblage d’atomes reliés entre eux par des forces électrostatiques qui assurent sa cohésion. D’autre part, les cristaux résistent à la compression, il existe, aussi, des forces de répulsion entre les éléments qui le composent.
Une roche est un assemblage de minéraux, dont la transformation par le métamorphisme, implique qu’au moins un des cristaux qui la compose a été déstabilisé et entièrement ou partiellement détruit.
◍ – Définition du cristal :
Un cristal est un solide dont les constituants (atomes, molécules ou ions) sont assemblés de manière régulière[1], par opposition au solide amorphe. Par « régulier », on veut généralement dire qu’un même motif est répété à l’identique un grand nombre de fois selon un réseau régulier, la plus petite partie du réseau permettant de recomposer l’empilement étant appelée une « maille ».
▻ – Cristal – Wikipédia — ===> –(⚑)–
◍ – Énergie d’interaction entre les atomes :
À température et pression nulles, tous les éléments du tableau périodique, à l’exception de l’Hélium, se trouvent à l’état cristallisé. On peut conclure qu’il existe des forces d’attraction entre atomes de même nature qui sont suffisantes pour assurer la cohésion de l’édifice cristallin. Il s’agit essentiellement de forces électrostatiques entre électrons et entre électrons et noyaux. On peut également observer que les cristaux sont des corps relativement difficiles à comprimer, ce qui traduit la présence de forces de répulsion qui ne deviennent importantes qu’à courte distance.
Afficher schéma dans un autre onglet – –📸–
▻ – Au cœur des matériaux cristallins – Philippe Lours, Fabien Baillon 2.8. 19 mars 2024 – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–
◍ – Les liaisons entre atomes dans un cristal :
Un sujet pas simple du tout !!!
Difficultés :
comprendre la nature non absolue des liaisons : une liaison chimique n’est pas strictement covalente ou ionique, c’est un mélange des deux dicté par l’électro-négativité des entités liées.***
*** ▻ – Liaisons intra- et intermoléculaires – La liaison ionique – Manon LECONTE – ENS de Lyon – ===> –(⚑)–
▻ – Liaisons intra- et intermoléculaires – La liaison covalente – Manon LECONTE – ENS de Lyon – ===> –(⚑)–
Question au relecteur :
Peut-on dire que les représentations solides des minéraux sont des cristaux essentiellement ioniques ???
◍ – La Stabilité d’un cristal :
Les atomes, dans un cristal sont réunis par des liaisons électroniques soumises à des forces de cohésion et des forces de répulsion.
À la distance d’équilibre des atomes dans le cristal, l’énergie d’interaction présente une valeur minimale appelée énergie de cohésion. Cette énergie correspond à l’énergie nécessaire pour transformer le cristal en un ensemble d’atomes libres. Cette énergie de cohésion varie très fortement d’un élément à l’autre, elle est très fortement liée à la structure électronique (voir tableau suivant) et au type de liaisons qui s’établissent entre les atomes.
L’état physique d’un cristal et la roche dont il est un composant est défini par deux « grandeurs physiques », la Température et la Pression, auquel ils sont soumis. Ces deux éléments définissent un domaine en dehors duquel, la roche et les cristaux qui la composent sont déstabilisés.
… a – La température : L’augmentation de température affaiblit la cohésion du cristal. En fin du chapitre, un paragraphe présente le processus selon lequel la température agit sur les liaisons intra-atomiques.
… b – La pression : la pression exerce une force physique qui s’ajoute aux autres forces de cohésion. Et cela intervient dans les deux sens, en compression et en dépression, le métamorphisme prograde ou rétrograde s’accompagne d’une compaction ou décompaction du cristal.
… c – La couple Pression-Température : Quand les variations de la température et/ou de la pression portent la roche en-dehors de son domaine de stabilité.
Remarques : L’expérience montre que le point de fusion d’un roche est toujours inférieur à celui des cristaux qui la composent.
On comprend pourquoi la température et la pression exercées sur un cristal sont les facteurs essentiels de la stabilité d’ un cristal
◍ – Comment l’augmentation de température fragilise un cristal :
Un cristal, un solide augmente de volume quand il est soumis à une augmentation de température.
La dilatation thermique des matériaux est liée à leur énergie de cohésion. Si une élévation de température est imposée à un matériau, les atomes le constituant vibrent autour de leur position d’équilibre du fait de l’agitation thermique. Or, on constate que la courbe représentant les variations de l’énergie de cohésion en fonction de la position atomique n’est pas symétrique autour de son minimum (voir Fig.). Il en résulte que la force de répulsion entre deux atomes qui se rapprochent est plus importante que la force d’attraction entre deux atomes qui s’écartent. Il s’ensuit que lors d’une élévation de température, les vibrations des atomes se font avec une amplitude plus grande dans le sens de l’écartement que dans le sens du rapprochement. Ceci donne lieu à une dilatation thermique macroscopique du matériau. Notons que la dilatation thermique est d’autant plus faible que l’énergie de cohésion est plus forte (puits de potentiel profond).
Les forces de cohésion diminuent avec l’augmentation de la distance entre les atomes, et quand elles deviennent inférieures aux forces de répulsion, l’atome se détache du solide.
▻ – Propriétés liées à la structure – Dilatation thermique – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–▻ – Les techniques de préparation des minerais – p. 63-69 – Presses universitaires du Midi — ===> –(⚑)–▻ – Castine – Fondant – Wikipédia — ===> –(⚑)– accompagné d’un schéma de principes des filières de fabrication traditionnelle de l’acier au milieu du XXe siècle.
◍ – La pression dans le cadre de remontée d’une roches très profonde :
Ce phénomène est observé sur des cristaux appartenant à une roche métamorphique qui a été exhumée, après avoir été soumise à une forte pression, dans le cadre d’une subduction.
C’est le cas de la coésite, minéral polymorphe du quartz du quartz, deux cristaux de l’oxyde de silicium SiO2.
La silice (SiO2) possède plusieurs polymorphes, dont le quartz et la coésite. diagramme P-T–📸– Futura Sciences ===> –(⚑)–
Un paragraphe lui est est réservé dans le document .▤ – Métamorphisme – Introduction
◍ – L’eau et la cohésion des cristaux :
▹- La stabilité d’un cristal est caractérisée par son énergie réticulaire.
L’énergie réticulaire est l’énergie nécessaire pour décomposer une mole d’un solide cristallisé en ses constituants en phase gazeuse. Plus Bien sûr, plus cette énergie est importante plus le cristal est stable. Chaque élément du cristal possède sa propre énergie qu’il partage avec ses voisins.
▻ – Énergie réticulaire – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▹- L’eau est une molécule polaire.
Dans la molécule d’eau, (H2O), les électrons des atomes d’hydrogène sont fortement attirés par l’atome d’oxygène au point d’être plus proches du noyau d’oxygène que de ceux d’hydrogène. C’est pourquoi l’eau a une charge négative autour de l’atome d’oxygène (zone rouge) et une charge positive vers les atomes d’hydrogène (zone bleu).
▻ – Énergie réticulaire – Wikipédia – ===> –(⚑)–
Rq : les hydrocarbures et les graisses sont des molécules apolaires.
▹- Le cristal au contact de l’eau :
Les atomes situés en surface du cristal, vont établir des liaisons électronique avec la molécule d’eau très polarisée, l’oxygène, ion négatif, du cristal avec le pôle positif de l’hydrogène, les atomes, tels que potassium, calcium; etc. , positifs, avec le pôle oxygène, négatif.
Mais, cette nouvelle liaison entre l’eau et un atome d’un cristal, affaiblit la liaison que celui-ci a établie avec les autres atomes du cristal. Ce phénomène intervient dans les processus :
… Altération du cristal, phénomène d’hydrolyse.
… Fusion du cristal, c’est la raison pour laquelle, le point de fusion des roches est plus faible en milieu hydraté, le solidus hydraté du granite autorise la fusion des roches acides (riches en silice) alors que le solidus anhydre est situé à une température qui n(existe pas aujourd’hui dans la croûte continentale.
◍ – Un mot sur l’utilisation des « fondant » dans la vie pratique :
Parfois dans la documentation géologique disponible sur internet, on peut remarquer que l’eau est qualifiée de « fondant » !
Un fondant est utilisé dans le domaine de l’industrie et dans la vie pratique pour abaisser le point de fusion d’un solide.
Le plus courant, c’est le sel ou NaCl, utilisé pour éliminer le verglas sur les routes en hiver.
FONDANT, en Métallurgie, on donne en général le nom de fondans dans les travaux de la Docimasie & de la Métallurgie, à des substances que l’on joint à d’autres corps pour les faire entrer en fusion, afin que par ce moyen la partie métallique puisse s’en dégager.
▻ – Fondant : Baron d’Holbach, Venel – L’Encyclopédie, 1re éd. 1757 (Tome 7, p.71-72). – ===> –(⚑)–
Le rôle principal des fondants consiste à séparer la gangue du minerai par diminution de son point de fusion : un minerai siliceux conduira à l’addition de calcite alors qu’un minerai calcaire entraîne l’addition d’un fondant siliceux ou alumineux.
▻ – L’Université desSciences et Tecxhnologies de lille -Murielle Rivenet – Thèse outenue le 16 décembre 1996 – – ===> –(⚑)–
▻ – La métallurgie du fer – Université du Maine – Faculté des Sciences – – ===> –(⚑)–
◍ – Quelques références :
▻ – Cristal ionique – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – III – Cristaux ioniques – cahier-de-prépa – ===> –(⚑)–
▻ – Chapitre III – Les cristaux ioniques – Faculté des Sciences de Rabat- ===> –(⚑)–
▻ – Forces de cohésion d’un cristal ionique– Thepoussin- ===> –(⚑)–
▻ – Polarité – Wikipédia – ===> –(⚑)– – l’eau est une molécule polaire
▻ – [RécréaSciences] – La polarité de l’eau– echosciences-centre-valdeloire – ===> –(⚑)– —- Comment mettre en évidence la polarité de l’eau
▻ – Dissolution d’un cristal ionique et forces en jeu – Thepoussin- ===> –(⚑)–
