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

Dans la hiérarchie de la matière, l’atome représente la base :

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.

Illustration d'une planète avec un point d'interrogation

Savais-tu que ?

Bien que le tableau périodique renferme aujourd’hui 118 éléments, seuls 92 sont présents de façon naturelle sur la planète Terre. En savoir plus

Molécule

Le deuxième niveau d’organisation de la matière est occupé par les molécules. Une molécule se définit par la combinaison d’au moins 2 atomes par des liens chimiques. Voici, par exemple, une molécule d’eau formée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène (H₂O) :

Il existe deux principaux liens permettant la création de molécules :

Les liens ioniques

Les liens covalents

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) :

Molécule de chlore (CI₂)

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 super zoom qui se fond avec une image de microscope à balayage électronique.

Savais-tu que ?

Le sel a déjà été très rare et convoité. En savoir plus

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 :

Consulter cette page pour obtenir plus d’informations sur les différentes 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.

Grenat

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