Cristallochimie (CHIM302_PC)

Étude des relations entre composition chimique des matériaux cristallins et leurs structures, ainsi que leurs effets sur les principales propriétés

- Connaître l’architecture des solides à l’échelle atomique

- Connaître les structures des principaux corps simples et corps composés

- Connaitre les principales propriétés physico-chimiques des solides

- Acquérir des connaissances de base sur la diffraction des rayons X

Objectifs détaillés d’apprentissage disciplinaires :

- être capable de comparer différents matériaux

- être capable de définir les éléments de l’état cristallin

- être capable de décrire les structures des corps simples

- être capable de décrire les principales structures des corps composés

- être capable d’identifier une liaison chimique, de comparer différents solides et de déduire leurs principales propriétés en relation avec leur structure

- être capable de prévoir les propriétés des solides en fonction de la présence de défauts dans les cristaux

- être capable d’interpréter une image simple de diffraction des rayons X

Structure de la matière, atomistique, liaisons chimiques

I. LES SOLIDES : METAUX, ISOLANTS, SEMI-CONDUCTEURS

1- Généralités sur l'état solide

2- Rappels sur les liaisons (liaison ionique, pouvoir polarisant, polarisabilité, moment dipolaire, liaison métallique)

II. L’ÉTAT CRISTALLIN

1- Définitions (famille cristalline, motif, réseau, nœud, rangée, maille, plan réticulaire, coordonnées, coordinence, compacité)

2- Les sites cristallographiques

3- Les systèmes cristallins

4- Les réseaux de Bravais

III. STRUCTURE DES CORPS SIMPLES

1- Empilements de couches (compacts, non compacts)

2- Structure des corps simples (cubique simple, cubique centrée, cubique à faces centrées, hexagonale compacte, diamant, graphite)

IV. STRUCTURE DES CORPS COMPOSES

1- Structures type AB (CsCl, NaCl, ZnS)

2 Structures type AB₂ (CaF₂, Na₂O)

V. DEFAUTS DANS LES CRISTAUX

Les défauts ponctuels (Schottky, anti-Schottky, Frenkel, anti-Frenkel, substitution, insertion), mono/bi/tri-dimensionnels.

Les propriétés physico-chimiques qui découlent de la présence des défauts.

VI. LES RAYONS X

1- Généralités

2- Production et détection des rayons X

3- Absorption des rayons X

5- Diffraction des rayons X (loi de Bragg, diagramme de Debye – Scherrer, identification, indexation)

• Mobiliser les concepts de base de la chimie pour aborder et résoudre des problématiques
• Utiliser les propriétés physico- chimiques fondamentales à l’échelle moléculaire et atomique
• Élaborer et mettre en œuvre une démarche raisonnée dans le domaine de la structure de la matière
• Développer une argumentation avec esprit critique

- Introduction à la cristallochimie, Didier Riou, 2007, Ellipses.

- Cristallographie géométrique Cours, exercices et problèmes corrigés, N. Millot Nadine, J-C. Nièpce, 2014, Broché.

- H-Prépa Exercices, Physique, MPSI-PCSI-PTSI, A. Durupthy, O. Durupthy, J. Estienne, M. Jiacino, A. Jaubert, 2003, Hachette.