1 Très souvent, la matière à l'état solide se caractérise à l'échelle nanométrique (10-9 m) par des entités (atomes, ions, molécules) dans un arrangement très ordonné. Cet ordre géométrique se répète sur des grandes distances dans les trois dimensions de l'espace.
I Comprendre la structure du chlorure de sodium solide
Le chlorure de sodium (communément le sel de table) est un composé ionique constitué d'ions sodium Na+ et d'ions chlorure Cl-. Il existe des mines de sel mais on le récupère également par évaporation de l'eau de mer (voir document complémentaire à la fin de l’activité).
a. cristal de chlorure de sodium b. cristaux de sel à la surface de l'eau c. cristaux de sel au microscope
Cl-
Na+
d. Réseau cristallin de chlorure de sodium (compact) e. maille élémentaire du cristal (éclaté)
1) Comparer la géométrie des formes macroscopiques, microscopique et nanométrique du chlorure de sodium.
2) A quoi correspond la maille élémentaire du cristal ?
3) L'abbé René Just Haüy (1743-1822) est un minéralogiste français, fondateur de la cristallographie géométrique. Il propose comme hypothèse que la forme d'un cristal résulte de l'arrangement de briques de matière élémentaires. Il affirma que la forme du cristal à l'œil nu est la même que celle des « briques constituantes ».
Commenter cette hypothèse.
SPC2- Activité 1 : La structure des cristaux
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II Etude de la maille élémentaire du chlorure de sodium
On peut visualiser la structure tridimensionnelle de chlorure de sodium sur le site : chemtube3d.com (taper chemtube3d.com NaCl ).
III D'autres structures cristallines
D'une façon générale, le type de structure d'un cristal est défini par la forme géométrique de la maille, la nature et la position des entités dans cette maille.
a. Alun d'aluminium b. Sulfate de cuivre
c. Maille du fluorure de calcium
1) La maille élémentaire du sulfate de cuivre et celle de l'alun d'aluminium peuvent-elles être cubiques ? Justifier.
2) Dessiner en perspective les mailles cristallines suivantes : Polonium → réseau cubique simple. Fer → réseau cubique centré.
Argent → réseau cubique à faces centrées.
Des cristaux de formules chimiques
différentes peuvent avoir la même structure cristalline. Par exemple, l'oxyde d'uranium et le fluorure de calcium cristallisent selon la même maille.
3) Déterminer le nombre d'ions fluorure et calcium dans la maille.
4) En déduire la formule chimique de ce cristal ionique.
Méthode : Toujours écrire le symbole de l’ion positif puis en indice le nombre correspondant à sa proportion avant celui de l’ion négatif avec en indice le nombre correspondant à sa proportion.
Ca2+
F- Na+ Cl -
1) Dessiner la maille de chlorure de sodium en perspective.
2) Où sont placés les ions chlorure dans la maille ? Même question pour les ions sodium.
3) Certains ions sont « partagés » entre plusieurs mailles. Par exemple, un ion qui est sur une face, se partage entre deux mailles voisines. Il ne compte alors que pour moitié dans la première maille.
Pour les atomes situés sur l’arête, la face, le sommet et le milieu dire à combien de maille ils appartiennent.
4) Déterminer le nombre d'ions sodium et chlorure dans une maille. Le résultat trouvé est-il conforme à
l'électroneutralité du cristal ?
3 Documents complémentaires : Obtention du sel dans les marais salants
Les marais salants sont le lieu de production du sel, le chlorure de sodium. L’eau de mer parcourt une succession de bassins par dénivellation, favorisant l’évaporation de l’eau. Le sel contenu dans l’eau de mer se concentre jusqu’à se cristalliser et permettre sa récolte. Les cristaux de sel sont récupérés dans les œillets.
Le chlorure de sodium est un composé ionique qui se forme selon la réaction d’équation : Na+(aq) + Cl-(aq)-> NaCl(s)
