Cristal ionique

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

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 à faces centrées Empilement hexagonal compact
MX6:6tous les sites octaédriqueschlorure de sodiumarséniure de nickel
4:4un site tétraédrique sur deuxZnS blendeZnS wurtzite
M2X4:8tous les sites tétraédriquesde type antifluorine : oxyde de lithium
MX26:3un site octaédrique sur deux (structure lamellaire, tous les sites octaédriques d'une couche sur deux)chlorure de cadmiumiodure de cadmium
MX36:2un site octaédrique sur troischlorure de chrome(III)[2]iodure de bismuth
M2X36:4deux sites octaédriques sur troiscorindon

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
MX8:8touschlorure de césium
MX28:4une maille sur deuxde 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 à faces centrées Empilement hexagonal compact
ABX3deux sites octaédriques sur trois, couches alternées de A et Bilménite
AB2X4A dans un site tétraédrique sur huit et B dans un site octaédrique sur deuxspinelle normaleolivine
AB2X4B dans un site tétraédrique sur huit et A et B dans un site octaédrique sur deuxspinelle inverse

La structure ABX3 pérovskite 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

Notes et références

  1. Lesley E. Smart; Elaine A. Moore, Solid state chemistry : an introduction, Boca Raton, Fla. u.a., Taylor & Francis, CRC, , 3e éd. (ISBN 978-0-7487-7516-3), p. 44.
  2. (en) Arthur B. Ellis et and others, Teaching general chemistry : a materials science companion, Washington, American Chemical Soceity, , 3. print éd., 554 p. (ISBN 0-8412-2725-X), p. 121.
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