I - La structure cristalline

 

   Un cristal est un corps solide homogène polyédrique composé d'atomes, de molécules ou d’ions dont l'organisation dans l'espace est une répétition régulière et périodique.

   Dans un liquide ou dans un gaz, les molécules, les ions ainsi que les atomes se meuvent. Quand un solide se forme par abaissement de la température ou élévation de la pression, le mouvement des particules se fige. Deux cas sont alors possibles : 

 

      - la position des particules est périodique, on dit alors que la structure est cristalline

 

      - la position n'est pas périodique, la structure est dite « amorphe ».

 

   Dans un cristal, les atomes, ions ou molécules sont positionnés de manière ordonnée. Ils forment des structures périodiques. Cette  périodicité est manifestée dans l’espace en trois dimensions, on parle alors de triple périodicité. A contrario, dans un corps amorphe, les atomes, ions ou molécules ne sont pas souvent bien ordonnés.

 

   La cristallisation d’un cristal dépend entre autres des conditions extérieures (température, pression, etc). Par exemple, le carbone peut former du charbon (structure amorphe) ou du graphite et du diamant (structures cristallisées).

   

  La différence de propriété entre une structure cristalline et une structure vitreuse (amorphe) est l’anisotropie : les propriétés du cristal changent en fonction de la direction de propagation de la lumière. Dans un cristal, les directions sont identiques, dans une structure amorphe telle que le verre, elles ne le sont pas.

   Enfin la disposition des atomes dépend du nombre et du type de liaisons qu’un atome peut établir avec d’autres atomes.

  On distingue majoritairement deux types de liaisons permettant aux particules de s’organiser entre elles : les liaisons covalentes et les liaisons non covalentes, comprenant les liaisons métalliques, ioniques, hydrogènes et même des interactions .
  On peut ainsi dégager de cette organisation quatre types de cristaux différents :

 

      - les cristaux covalents : les atomes sont joints par des liaisons covalentes à l'origine de la cohésion cristalline.

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• - les cristaux métalliques : ils sont constitués d’atomes métalliques (Na, Fe) liés entre eux par des liaisons métalliques. Le modèle d’empilement de sphères identiques sert à décrire ces cristaux.

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• - les cristaux ioniques : ce sont les interactions électrostatiques entre les ions qui assurent la cohésion du cristal.

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• - les cristaux moléculaires : des molécules sont observables dans le solide, la cohésion cristalline est préservée par des interactions de van der Waals auxquelles peuvent se rajouter des liaisons hydrogènes.