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Chimie minérale Archive

Cristallographie et système cristallin

Cristallographie et système cristallin

Les minéraux se présentent le plus souvent sous des formes régulières, géométriques, limitées par des faces planes. Ces formes s’appellent des cristaux. Leur étude ou Cristallographie a été créée à  la fin du siècle dernier par Romé de l’Isle et par Haüy.

Le premier de ces savants montra que les cristaux d’une même espèce minérale peuvent différer, les diverses faces peuvent avoir un développement très inégal d’un échantillon à l’autre, mais les angles formés par les faces correspondantes (faces homologues) sont constants ce qui permet de retrouver ces faces. Romé de l’Isle posa ainsi la loi de la  constance des angles.

Haüy démontra l’existence d’une autre, loi: la loi de symétrie. Les cristaux d’une même espèce minérale peuvent être très différents, mais on peut.toujours les faire dériver d’une forme parallélipipédique (solide à  six faces parallèles deux à  deux), dite forme primitive, en coupant les angles de ce solide par des facettes convenablement inclinées, ou en remplaçant les arêtes par des facettes menées parallèlement à  leur direction.

Toutes les facettes ainsi obtenues sont appelées des troncatures.

Haüy a constaté que tous les éléments semblables (angles, arêtes) d’une forme primitive sont modifiés simultanément et semblablement. On doit compléter cette loi en disant que la moitié ou le quart seulement des éléments d’une forme primitive peuvent être modifiés simultanément et que tous les éléments semblables peuvent être modifiés simultanément, mais ne porter que la moitié ou le quart des modifications qu’ils devraient simultanément porter.

Quand les modifications portent sur la totalité des éléments semblables de la forme primitive, le cristal est holoèdre; quand elles ne portent que sur la moitié ou le quart, le cristal est hémièdre ou tétratoèdre.

L’ensemble de toutes les formes qu’on peut faire dériver d’une même forme primitive s’appelle un système cristallin.

Il y a sept systèmes de ce genre
1 – Le système cubique: la forme primitive est le cube
2 – le système quadratique : la forme primitive est le prisme droit à  base
carrée
3 – le système orthorhombique qui a pour forme primitive le prisme droit à base rhombe (losange)
4 – le système rhomboédrique. La forme primitive est le rhomboèdre. C’est un solide compris sous six faces
parallèles deux à  deux et qui sont des rhombes (losanges) égaux
5 – le système hexagonal : la forme primitive est un prisme droit à  base hexagonale
6 – le système monoclinique : la forme primitive est un prisme oblique dont la base est un
rhombe
7 – le système triclinique : la forme primitive est un prisme oblique à  base parallélogramme.

Cristallographie

La cristallographie est la science qui se consacre à l’étude des substances cristallines à l’échelle atomique.

Les propriétés physico-chimiques d’un cristal sont étroitement liées à l’arrangement spatial des atomes dans la matière. L’état cristallin est défini par un caractère périodique et ordonné à l’échelle atomique ou moléculaire.

Les cristaux ont depuis fort longtemps passionné les minéralogistes et collectionneurs.
C’est en 1774 que l’abbé Haüy ébauche les premières théories sur l’organisation de la matière. Il décrira les règles géométriques, leur agencement ; il dégage l’idée d’atome, d’unité et de périodicité à partir de l’observation du phénomène de clivage d’un cristal de calcite cassé : les bases de la cristallographie.

C’est en 1783 que Romé de l’Isle utilisera des notions de description, “troncatures” et “formes primitives”, qui l’amèneront à formuler sa loi de “constance des angles dièdres”.

Gabriel Delafosse, élève de l’abbé René Just Haüy, déduira la notion de maille élémentaire en 1840.
Auguste Bravais définit, en 1848, les 14 réseaux de Bravais à partir des différentes combinaisons des éléments de symétrie cristalline : les 32 classes de symétrie par Johann Hessel en 1830, liés à 7 types fondamentaux de symétrie d’orientation : les 7 systèmes cristallins étudiés par Friederich Mohs en 1820.

Ces systèmes sont caractérisés par le rapport des longueurs des trois vecteurs et des trois axes, et les valeurs des trois angles que forment entre eux ces axes. Les indices de Miller, système de notation créé en 1839 par William Hallowes Miller, sont les coordonnées des vecteurs dans cette base.

Mais ce n’est qu’au début du XXe siècle, lorsque Max Von Laue fera diffracter les rayons X sur de la halite, que la structure des cristaux sera vraiment prouvée. Dans les années 1960 l’apparition du microscope électronique à transmission (MET) permettra de voir réellement les réseaux cristallins.