Document de cours MathSpé PC Chapitre C3 : Les cristaux ioniques. 1 Exemples de cristaux ioniques :... 2

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Yolande Champagne
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1 Document de cours MathSpé PC Chapitre C3 : Les cristaux ioniques 1 Exemples de cristaux ioniques : La structure de type Chlorure de sodium NaCl : Description de la structure : Coordinence La structure de type chlorure de césium CsCl : Description de la structure : Coordinence La structure de type blende ZnS : Description de la maille : Coordinence La structure de type fluorine CaF2 : Description de la structure : Coordinence Bilan des conditions sur les rayons ioniques pour les cristaux MX:... 9 C. Saury PC Page 1 sur 10

2 Document de cours MathSpé PC Exemples de cristaux ioniques : 1.1.Définition : Assemblage électriquement neutre de cations et d anions. Equation bilan : 1.2.Notion de rayon ionique (Landé 1920) Ions F - Cl - Br - I - S 2- Na + Zn 2+ R ionique (pm) Rayon ionique : Calcul selon Landé Conditions à vérifier pour un empilement ionique : Historiquement : on a étudié tout d abord LiI car I - est un des anions les plus gros et Li + petit. Des deux conditions précédentes, on a déduit r+ et r- On a étudié ensuite KI, NaI pour en déduire r+ des autres alcalins On a étudié NaCl, NaBr pour en déduire les r- des autres halogénure C. Saury PC Page 2 sur 10

3 Document de cours MathSpé PC Caractéristiques communes pour les sels (liaisons ioniques) Conduction électrique : Solubilité dans l eau : Température de changement d état : Conclusion pour les cristaux ioniques : 2 La structure de type Chlorure de sodium NaCl : Exemple des halogénures des métaux alcalins LiX, NaX, KX, des hydrures des métaux alcalins LiH, NaH, KH et certains oxydes MgO, CaO par exemple. Allure du cristal : C. Saury PC Page 3 sur 10

4 2.1 Description de la structure : Document de cours MathSpé PC description : à partir d un cristal «hôte» en général l anion (car il est plus gros) Réseau CFC (+ motif = 1 ion au nœud du réseau) pour les ions chlorures et les ions sodium sont dans les sites.. mais les positions des ions Na + et Cl - sont équivalentes. 2 description : Réseau décrit par : une maille cubique en mode faces centrées associé à un motif constitué d un ion Na +. et d un ion Cl -.. Le motif sera donc {Na + + Cl - } électriquement neutre. Nombre d ions par maille : Position des ions Nombre d ions en propre Nombre d ions partagés Nombre d ions par maille Na + Cl - Population de la maille : 2.2 Coordinence Nombre de plus proches voisins : Conditions sur les rayons ioniques : C. Saury PC Page 4 sur 10

Document de cours MathSpé PC 2012-2013 Conclusion : r + /r - > Cristal r+/r _ a(pm) KF 1,00 533 CaO 0,80 480 KCl 0,73

5 Document de cours MathSpé PC Conclusion : r + /r - > Cristal r+/r _ a(pm) KF 1, CaO 0, KCl 0, KBr 0, LiF 0, NaCl 0, NaI 0, Compacité : 2.4 Masse volumique : C. Saury PC Page 5 sur 10

Document de cours MathSpé PC 2012-2013 3 La structure de type chlorure de césium CsCl : On le rencontre dans les halogénures de césium et de rubidium RuBr, RuI, CsI et CsBr.

6 Document de cours MathSpé PC La structure de type chlorure de césium CsCl : On le rencontre dans les halogénures de césium et de rubidium RuBr, RuI, CsI et CsBr. Cette structure est également présente dans les halogénures d ammonium : NH4Cl, NH4Br. Allure du cristal : 3.1 Description de la structure : 2 description uniquement : Réseau décrit par : une maille cubique en mode primitive associé à un motif constitué d un ion Cs + au.. et d un ion Cl - au.... Le motif sera donc {Cs + + Cl - } électriquement neutre. Position des ions Nombre d ions en propre Nombre d ions partagés Nombre d ions par maille Cs + Cl - Population de la maille : 3.2 Coordinence Nombre de plus proches voisins : C. Saury PC Page 6 sur 10

Conditions sur les rayons ioniques : Document de cours MathSpé PC 2012-2013 Conclusion : R + /R - > Cristal r+/r _ a(pm) CsBr 1,00 429 CsCl 0,80 412 CsI 0,73 457 NH4Br 0,68 406 NH4Cl 0,59 388 4 La

7 Conditions sur les rayons ioniques : Document de cours MathSpé PC Conclusion : R + /R - > Cristal r+/r _ a(pm) CsBr 1, CsCl 0, CsI 0, NH4Br 0, NH4Cl 0, La structure de type blende ZnS : On le rencontre dans la blende ZnS et dans certains composés de l argent AgI, et du cuivre : CuF, CuI et CuBr Allure du cristal : 4.1 Description de la maille : C. Saury PC Page 7 sur 10

8 Document de cours MathSpé PC description : à partir d un cristal «hôte» ( l anion) Réseau CFC (+ motif = 1 ion au nœud du réseau) pour les ions sulfures et les ions zinc sont dans les sites.. mais les positions des ions Zn 2+ et S 2- sont équivalentes. 2 description : Réseau décrit par : une maille cubique en mode faces centrées associé à un motif constitué d un ion S 2- et d un ion Zn 2+. Coordonnées S 2- (,, ) et Zn 2+ (,, ). Le motif sera donc { Zn 2+ + S 2- } électriquement neutre. Position des ions Nombre d ions en propre Nombre d ions partagés Nombre d ions par maille Zn 2+ S 2- Population de la maille : 4.2 Coordinence Nombre de plus proches voisins : Conditions sur les rayons ioniques : Conclusion : R + /R - > Cristal r+/r _ a(pm) HgS 0, AgI 0, CdS 0, CuC1 0, ZnS 0, Cul 0, BeS 0, C. Saury PC Page 8 sur 10

9 Document de cours MathSpé PC Bilan des conditions sur les rayons ioniques pour les cristaux MX: r + /r - 6 La structure de type fluorine CaF2 : Autre exemple où les anions et cations sont échangés : Na2O 6.1 Description de la structure : Vue de dessus Plan 0 et 1 : Plan ½ : Plan ¼ et ¾ 1 description : à partir d un cristal «hôte» (des cations pour CaF2) Réseau CFC (+ motif = 1 ion au nœud du réseau) pour les ions calcium et les ions fluorures sont dans les sites.. mais les positions des ions Ca 2+ et F - ne sont équivalentes (vu la stoechiométrie!!). 2 description : Réseau décrit par : une maille cubique en mode faces centrées associé à un motif constitué d un ion Ca et de 2 ions F - au. : Coordonnées Ca 2+ (,, ) et F - (,, ) et (,, ). Le motif sera donc {Ca F - } électriquement neutre. C. Saury PC Page 9 sur 10

10 Position des ions Ca 2+ F - Document de cours MathSpé PC Nombre d ions en Nombre d ions propre partagés Nombre d ions par maille Population de la maille : 6.2 Coordinence Nombre de plus proches voisins : Conditions sur les rayons ioniques : Conclusion : R + /R - > Cristal r+/r _ a(pm) BaF2 1, SrF2 0, ThO2 0, CaF2 0, CeO2 0, SrCl2 0, ZrO2 0, C. Saury PC Page 10 sur 10

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