La hiérarchie de la matière – les cristaux
Afin de mieux comprendre les cristaux, abordons l’organisation de la matière au sein d’un minéral.
L’ATOME
Molécule
Cristal
Modèle simplifié de l’atome. Le noyau central est composé de protons (chargés positivement) et de neutrons (aucune charge) autour duquel orbitent les électrons (charges négatives).
L’atome
Chaque atome est caractérisé par le nombre de protons que renferme son noyau. C’est ce que l’on appelle le numéro atomique.
À titre d’exemple, bien que le nombre de neutrons puisse varier (on parle alors d’un isotope), un noyau d’oxygène (O) aura toujours 8 protons alors qu’un atome de cuivre (Cu) en aura toujours 29.
Il existe 118 atomes différents (les éléments), classés habituellement selon leur numéro atomique dans un tableau périodique, dont l’invention revient au chimiste russe Dimitri Mendeleïev vers 1870.
Savais-tu que ?
La Terre est composée principalement de fer et d’oxygène.
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Molécule
Il existe deux principaux liens permettant la création de molécules :
Vidéo simplifiée d’une molécule d’eau (H2O).
Les liens ioniques
Les liens ioniques impliquent le transfert d’un électron (-) d’un atome à l’autre. La molécule NaCl (le sel) est un très bon exemple de ce type de liaison. Le sodium (Na) transfère un électron (-) au chlore (Cl). Il en résulte que les deux atomes passent à leur forme ionique (Na+ et Cl-).
Exemple de liaison ionique. Transfert d’un électron entre deux atomes.
L’image présente une liaison ionique entre un ion de sodium et un ion de chlore.
Les liens covalents
Les liens covalents représentent le partage d’un électron entre deux atomes. L’image suivante présente le cas du Cl2 (une molécule de dichlore) :
Exemple de liaison covalente. Partage d’électrons entre deux atomes
Cristal
Enfin, les molécules peuvent s’organiser dans un édifice très bien défini pour devenir ce que l’on appelle un cristal. On parle ici d’une structure moléculaire fixe qui s’étend dans les trois dimensions.
Pour prendre l’exemple du sel (nommé halite en minéralogie), les molécules de NaCl s’organisent en structure cubique.
Organisation des atomes en structure cubique dans un cristal de halite
Halite
Puisqu’elle se produit au niveau atomique, cette structure se retrouve à une échelle infiniment petite.
Halite grossie de 150 x
Source : Zeiss Fib-sem image par UWONanofabrication Facility
Photo de halite avec un fort grossissement permettant d’obtenir une image en microscopie électronique à balayage
Savais-tu que ?
Dans le cas de la calcite, l’arrangement de l’édifice cristallin se présente sous forme de rhomboèdres.
Calcite
Chaque minéral présente une composition chimique définie et une structure cristalline associée.
Voici quelques autres exemples de formes cristallines :
Grenat
16 cm x 15 cm x 4 cm
Ca3Al2Si3O12
Zilhertal, Autriche
Silicates
Fréquence : Commun
Dureté : 7-7,5
Trait : rouge, rouge brun à noir
Cristaux très durs présentant habituellement des formes géométriques bien définies (dodécaèdres).
Utilité : Les plus beaux spécimens peuvent être taillés et utilisés comme pierres fines. Ils sont aussi utilisés comme abrasifs.
Galène
8 cm x 7,5 cm x 4,5 cm
PbS
Oklahoma, É-U.
Sulfures
Fréquence : relativement commun
Dureté : 2,5 à 2,75
Trait : gris
Cristaux gris métallique se présentant souvent en forme de cubes. La galène possède 3 plans de clivage à 90 degrés. Il s’agit d’un minéral très dense.
Utilité : Principale source de plomb depuis des milliers d’années
Magnétite
12 cm x 8 cm x 3 cm
Fe2+Fe3+2O4
Potosí, Bolivie
Oxydes et hydroxydes
Fréquence : abondant
Dureté : 5,5 -6,5
Trait : noir
Minéral commun noir à gris qui attire fortement l’aimant. Se présente souvent sous forme d’octaèdre.
Utilité : minerai de fer et utilisé comme pigment.
Le grenat grossulaire (Ca3Al2Si3O12) aura souvent une forme de dodécaèdre.
La Galène (PbS) qui croît sous forme de cube.
La Magnétite (Fe2+Fe3+2O4) qui croît sous forme de octaèdre.
