Cristal ionique

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Un cristal ionique est un cristal dont les liaisons entre atomes sont de nature essentiellement ionique. La plupart des oxydes et des halogénures sont des cristaux ioniques, tandis que, dans les silicates, la liaison entre le silicium et l'oxygène n'est pas entièrement ionique mais comprend une contribution covalente. Les règles de Pauling expliquent la stabilité des cristaux ioniques. Le chlorure de sodium et le sulfate de cuivre sont des exemples de cristaux ioniques.

Structures types[modifier | modifier le code]

Les ions sont typiquement empilés en structures cristallines régulières, dans un arrangement qui maximise l'attraction et minimise la répulsion par les forces de Coulomb. Pour les ions sphériques (ce qui inclut tous les ions monoatomiques), l'arrangement des anions dans ces systèmes est souvent relié à l'empilement compact de sphères de mêmes rayons, où les cations occupent les interstices. Selon la stœchiométrie du composé ionique, et la coordinence (principalement déterminée par le rapport des rayons ioniques des cations et des anions), quelques structures types sont souvent observées[1].

Structures types des composés ioniques avec empilement compact des anions[1]
Stœchiométrie Coordination cation:anion Sites interstitiels occupés Empilement cubique face centrée Empilement hexagonal compact
MX 6:6 tous les sites octaédriques chlorure de sodium arséniure de nickel
4:4 un site tétraédrique sur deux ZnS blende ZnS wurtzite
M2X 8:4 tous les sites tétraédriques de type antifluorine : oxyde de lithium
MX2 6:3 un site octaédrique sur deux (structure lamellaire, tous les sites octaédriques d'une couche sur deux) chlorure de cadmium iodure de cadmium
MX3 6:2 un site octaédrique sur trois chlorure de chrome(III)[2] iodure de bismuth
M2X3 6:4 deux sites octaédriques sur trois corindon

Dans certains cas les anions occupent les nœuds d'un réseau cubique primitif, et les structures types observées sont :

Structures types des composés ioniques avec empilement cubique primitif des anions[2]
Stœchiométrie Coordination cation:anion Sites interstitiels (cubiques) occupés Exemple de structure
MX 8:8 tous chlorure de césium
MX2 8:4 une maille sur deux de type fluorine

Enfin, les composés mixtes (avec un anion noté X et deux cations notés ici A et B) peuvent être décrits de la façon suivante :

Structures types des composés ioniques mixtes avec empilement compact des anions[1]
Stœchiométrie Sites interstitiels occupés Empilement cubique face centrée Empilement hexagonal compact
ABX3 deux sites octaédriques sur trois, couches alternées de A et B ilmenite
AB2X4 A dans un site tétraédrique sur huit et B dans un site octaédrique sur deux spinelle normale olivine
AB2X4 B dans un site tétraédrique sur huit et A et B dans un site octaédrique sur deux spinelle inverse

Pour la structure ABX3 pérovskite, elle peut être décrite comme une structure avec les cations A2+ aux nœuds d'un réseau cubique primitif, les cations B4+ au site octaédrique central, et les anions X2- aux centres des faces.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c Lesley E. Smart; Elaine A. Moore, Solid state chemistry : an introduction, Boca Raton, Fla. [u.a.], Taylor & Francis, CRC,‎ , 3e éd. (ISBN 9780748775163), p. 44.
  2. a et b Arthur B. [] Ellis et and others, Teaching general chemistry : a materials science companion, Washington, American Chemical Soceity,‎ , 3. print éd. (ISBN 084122725X), p. 121.