Liaison cristalline. Cristaux de gaz rares Cristaux ioniques Cristaux covalents Cristaux métalliques Cristaux à liaison hydrogène

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1 Liaison cristalline Cristaux de gaz rares Cristaux ioniques Cristaux covalents Cristaux métalliques Cristaux à liaison hydrogène

2 Les éléments Métaux alcalins cc Forme compacte cfc,hc structures ouvertes ex: diamant cfc Gaz rares Cristaux ioniques

3 Prix Nobel 1910 En physique Ph.D. en 1873 à l age de 33 ans. Mais auparavant, il était déjà directeur d école secondaire! «for his work on the equation of state of gases and liquids» «pour ses travaux de l équation d état des gazes et des liquides» Johannes D. van der Waals

4 Interaction entre dipôles Situation: 2 atomes neutres réparés par une distance r Fluctuation de la charge crée un dipôle sur un atome Ce potentiel induit un dipôle sur l autre atome Ce nouveau dipôle réagit sur le premier

5 Potentiel de Lennard-Jones ε Les paramètres ε et σ sont obtenus avec un fit de la phase gazeuse.

6 LJ pour un cristal Le facteur ½ au début est pour ne pas compte deux fois les paires. p ij est la distance entre l atome i et l atome j en terme de R. On peut convertir la somme: (C 12 ) (C 6 ) cfc cc hc

7 LJ cristal: paramètre d équilibre Nous pouvons maintenant trouver le paramètre d équilibre en trouvant le minimum de l énergie du cristal: C 12 et C 6 sont définis sur la page précédente cfc cc hc R o /σ Notez que le paramètre d équilibre est le même pour le cfc et hc. Rappelez vous que ces deux structures avaient le même coefficient de remplissage.

8 LJ cristal: paramètre d équilibre(2) Pour une structure cfc: R o /σ =1.09 Ne Ar Kr Xe R o /σ L interaction LJ décrit seulement l énergie potentiel. Énergie cinétique est inversement proportionnel à la masse. Plus l énergie cinétique est grande, plus le paramètre d équilibre sera plus grand que la valeur prédite: isotope du Ne: Ne 20 =4.4644Å, Ne 22 =4.4559Å. Dans le cas de He, l énergie cinétique est tellement importante que le cristal d He ne peut se former à pression ambiante. Il faut augmenter la pression pour réaliser le cristal.

9 LJ cristal: énergie de cohésion cfc cc hc U tot (R o )/(4Nε) C est pour ça que les gaz rares forment de cristaux cfc et non pas cc! Mais selon notre étude, les gaz rares devraient se cristalliser en cfc ou en hc mais, en réalité, on les observe seulement en cfc!? Aujourd hui encore, nous tentons de résoudre ce mystère. ε(ev) U tot (ev) théorique U tot (ev) expérimental Ne Ar Kr Xe Encore ici on voit que plus l atome est lourd, moins l énergie cinétique joue en rôle et plus l accord entre la théorie et expérience est bonne.

10 D autres solides van der Waals: graphite Les feuilles de graphite interagissent entre elles par la force de van der Waals. Elles sont donc très faiblement liées. C est pour ça que le graphite est très mou. Par contre, les liaisons entre les atomes dans les feuilles sont covalent et très fort.

11 C 60 prix Nobel de Chimie 1996 Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto «for their discovery of fullerenes» Richard E. Smalley Ils ont découvert les fullerènes en 1985.

12 Solide de C60

13 Les cristaux ioniques Transfert de charge entre les atomes Énergie d ionisation (E i ): Na + E i Na + + électron Affinité électronique (E A ): Cl + électron Cl - + E A Na + Cl (E i E A ) Na + + Cl - + ΔE Un coût net d énergie Maintenant on forme le cristal pour gagner de l énergie potentiel. Cette énergie potentiel est d origine électrostatique. On l appelle Énergie de Madelung.

14 Cristal ionique(2) CGS MKS q 2 q 2 /4πε o Pour le cristal: potentiel répulsif potentiel électrostatique Notez que nous avons 2N ions. z est le nombre de premier voisins constante de Madelung

15 Évaluation de la constante de Madelung Exemple pour une ligne d ions: structure α NaCl CsCl ZnS

16 Cristal ionique: paramètre d équilibre L énergie de Madelung ~ 0.1 Voir le tableau 7 (page 69) pour la valeurs des paramètres pour différents cristaux.

17 Question: + = + =?

18 Réponse: Molécule d eau Écrantage électrostatique Dipôle Molécule d huile n a pas de dipôle, alors elle ne peut pas dissoudre le sel. C est pour ça qu il faut toujours dissoudre le sel dans le vinaigre et non pas dans l huile!

19 Cristaux covalents(diamant)

20 Covalent et LJ (graphite)

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