1 1ère enseignement scientifique –
SPC2 – Des édifices organisés : Les cristaux
I. Solides cristallins et solides amorphes Activité 1 : La structure des cristaux.
Dans un solide amorphe tel que le ………, les entités (atomes, ions, molécules) se répartissent dans l'espace de façon trés ………
Dans un solide cristallin au contraire, les entités sont organisées selon une
géométrie très précise : un………
……….., ce qui constitue le ………..
à l'échelle nanométrique ( 10 - 9 m).
Doc 1 : Structures cristallines de l’état solide cristallin et amorphe
……….. ………..
II. Les types cristallins
1) Deux mailles particulières
Dans un cristal, la plus petite partie qui se répète périodiquement dans l'espace, constitue la ……… Elle peut être de différentes formes (cubique, rhomboédrique, hexagonale...). Nous étudions particulièrement les réseaux cubiques simples et cubiques à faces centrées.
Cubique simple (a) : ………
………..
Cubique faces centrées (b)
………..
………
……….
2 Un cristal est donc défini par………
………
……….
La forme du cristal à notre échelle (macroscopique) est en lien avec celle de sa maille élémentaire.
2) Deux propriétés particulières
Activité 2.
La compacité mesure le taux d'occupation de l'espace par les atomes dans la maille. C'est un nombre sans dimension, inférieur à 1.
Compacité = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑙𝑙𝑒 C=
Pour une maille cubique :
a : longueur de l'arête de la maille ( ont dit aussi « paramètre » de la maille) r : rayon de l'atome
n : nombre d'atomes par maille ( on dit aussi « multiplicité de la maille ») :
Un réseau de faible compacité laisse de la place libre : des « vides » dans lesquels on peut insérer d'autres entités.
La masse volumique correspond au rapport de la masse de la maille sur son propre volume. Elle peut s'exprimer en g.cm-3 ou en kg.m-3 (unité du système
international).
La masse volumique est une propriété macroscopique du cristal.
Masse volumique = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑙𝑙𝑒
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑙𝑙𝑒 ρ =
3 III. Des roches dans notre environnement Activité 3
Bilan :
Les minéraux sont caractérisés par leur ………
………
Par exemple, la silice est un minéral de formule SiO2 qui peut cristalliser sous diverses formes ce qui entraîne des propriétés différentes. Les différents réseaux de cristallisation dépendent ici des conditions de ………
………
Une roche est formée de ………
………. (Exemple : le marbre) ………
……….(Exemple : le granite).
Les conditions de refroidissement de la lave influent sur le type de roches magmatiques obtenu.
Un refroidissement ………. conduit à des roches grenues comportant de gros cristaux.
Un refroidissement ……….. conduit à des roches peu
cristallisées (les entités n'ayant pas eu le temps de s'organiser dans l'espace) voire même vitreuses ( obsidienne par exemple).
Des cristaux dans la matière vivante.
Des structures cristallines existent aussi dans le monde biologique :
coquille de mollusques, squelette de vertébrés, cristaux dans certaines cellules végétales...
D'une façon générale, l'étude des cristaux est utile à : – La compréhension de la structure de la matière – La compréhension de processus dans le vivant
– L'élaboration de nouveaux matériaux aux propriétés bien choisie
4 Savoirs et savoir-faire pour la séquence SPC2
Je dois savoir :
- que le chlorure de sodium solide est présent dans les roches ou issu de l’évaporation de l’eau de mer
- Connaitre la définition de la structure cristalline : maille élémentaire répétée périodiquement.
- qu’un type cristallin est défini par la forme géométrique de la maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent.
- différencier les mailles cubiques simples et cubiques à face centrées.
- que la structure microscopique du cristal conditionne certaines de ses propriétés macroscopiques, dont sa masse volumique.
- qu’un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes.
- que les minéraux se caractérisent par leur composition chimique et leur organisation cristalline.
- qu’une roche est formée de l’association d’un même minéral ou de plusieurs minéraux.
- que des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (coquille, squelette, calcul rénal etc)
- que dans le cas des solides amorphes, l’empilement d’entités se fait sans ordre
géométrique : cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d’une lave.
Je dois être capable de :
- relier l’organisation de la maille au niveau microscopique à la structure du cristal au niveau macroscopique.
- représenter la maille en perspective pour le cubique simple et le cubique faces centrées
- calculer la compacité pour le cubique simple et faces centrées
- dénombrer les atomes par maille et calculer la masse volumique du cristal
- distinguer, en termes d’échelle et d’organisation spatiale, maille, cristal, minéral, roche. Les identifier sur un échantillon ou une image.
- Mettre en relation la structure amorphe ou cristalline d’une roche et les conditions de son refroidissement.
L’essentiel : Livre p46-47
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