Flashcards : Architecture et cohésion des cristaux (91 cartes)

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1Question

Comment l’ordre spatial distingue-t-il un solide amorphe d’un solide cristallin ?

Réponse

L’ordre est à courte distance dans le solide amorphe et à longue distance dans le solide cristallin.

2Question

Qu’est-ce qu’un cristal parfait ?

Réponse

Une répartition régulière d’unités structurales identiques dans tout l’espace.

3Question

De quoi est constituée une structure cristalline ?

Réponse

D’un réseau périodique portant un motif à chaque nœud.

4Question

Quels vecteurs définissent un réseau en trois dimensions ?

Réponse

Trois vecteurs non colinéaires.

5Question

Quelle translation ramène un réseau en coïncidence avec lui-même ?

Réponse

t⃗=ma⃗+nb⃗+pc⃗\vec t=m\vec a+n\vec b+p\vec c, avec m,n,p∈Zm,n,p\in\mathbb{Z}.

6Question

Quel angle de rotation correspond à un axe de symétrie d’ordre n ?

Réponse

α=2πn\alpha=\frac{2\pi}{n}

7Question

Combien de nœuds comporte une maille primitive P ?

Réponse

Un nœud.

8Question

Quels sont les quatre modes de réseau cristallin ?

Réponse

P, I, S ou C, et F.

9Question

Combien existe-t-il de réseaux de Bravais compatibles avec les systèmes cristallins ?

Réponse

14 réseaux.

10Question

Quelle contribution apporte un élément situé sur une arête à une maille ?

Réponse

14\frac{1}{4}

11Question

Quelle contribution apporte un élément situé au sommet à une maille ?

Réponse

18\frac{1}{8}

12Question

Qu’est-ce qu’une rangée dans un cristal ?

Réponse

Une droite de l’espace passant par des nœuds du cristal.

13Question

Comment note-t-on les indices d’une direction cristallographique ?

Réponse

[uvw][uvw]

14Question

Comment marque-t-on les composantes négatives des indices d’une rangée ?

Réponse

Par une barre au-dessus du nombre.

15Question

Comment détermine-t-on les indices de Miller d’un plan ?

Réponse

On prend les inverses des interceptions, puis on les convertit en plus petits entiers.

16Question

Que désigne la distance interréticulaire dhkld_{hkl} ?

Réponse

La distance entre deux plans parallèles successifs d’indices (hkl)(hkl).

17Question

Que devient la distance interréticulaire lorsque les indices des plans augmentent ?

Réponse

Elle diminue.

18Question

Quels sont les quatre grands types de liaison chimique ?

Réponse

Les liaisons métallique, covalente, ionique et faibles.

19Question

Quelles sont les quatre grandes familles de cristaux ?

Réponse

Les cristaux métalliques, covalents, ioniques et moléculaires.

20Question

Qu’est-ce que l’énergie de cohésion ?

Réponse

La diminution d’énergie lors du passage des constituants isolés à l’état condensé.

21Question

Quelle propriété des électrons libres caractérise les cristaux métalliques ?

Réponse

Ils confèrent une très bonne conductivité électrique et thermique.

22Question

Pourquoi les cristaux covalents sont-ils isolants selon leur structure électronique ?

Réponse

Ils ne possèdent pas d’électrons libres.

23Question

À partir de quelle propriété peut-on prévoir la nature des liaisons cristallines ?

Réponse

À partir de l’électronégativité.

24Question

Quelles échelles expriment l’électronégativité pour prévoir la nature des liaisons ?

Réponse

Les échelles de Pauling et de Mulliken.

25Question

Quels critères déterminent le choix d’une structure cristalline ?

Réponse

Un compromis entre compacité, liaisons, électroneutralité et répulsions anioniques.

26Question

Quelles caractéristiques partagent les matériaux d’une même famille cristalline ?

Réponse

La même structure et une forte analogie de propriétés physico-chimiques.

27Question

Dans la notation A/B, que désigne la coordinence ?

Réponse

Le nombre de voisins B autour d’un atome A.

28Question

Comment définit-on la compacité d’une maille cristalline ?

Réponse

Le rapport du volume occupé par les atomes au volume de la maille.

29Question

Quel réseau constitue l’assemblage le plus dense de sphères identiques dans un plan ?

Réponse

Le réseau hexagonal plan.

30Question

À quoi sert le réseau hexagonal plan dans les empilements compacts ?

Réponse

De couche de base.

31Question

Quelles positions la couche B peut-elle occuper dans un empilement compact ?

Réponse

Les positions G1 ou G2 de la couche A.

32Question

Quelles séquences de couches forment les empilements compactes ABAB et ABCABC ?

Réponse

ABAB revient en G0 ; ABCABC occupe G2.

33Question

Quelle structure forme l’empilement compact ABAB ?

Réponse

La structure hexagonale compacte (hc ou hcp).

34Question

Quelle coordinence possède la structure cubique simple ?

Réponse

6.

35Question

Combien d’atomes contient la maille de la structure cubique centrée ?

Réponse

2 atomes.

36Question

Quelle condition électrique doit respecter un édifice ionique binaire ?

Réponse

Il doit être électriquement neutre.

37Question

Quelles contraintes gouvernent l’empilement ionique à l’échelle locale de la maille ?

Réponse

Il doit être aussi compact que possible sans contact entre ions de même signe.

38Question

Que doivent faire les cations interstitiels pour éviter les contacts anion-anion ?

Réponse

Dilater le réseau des anions sans rendre l’empilement inutilement peu compact.

39Question

Dans CsCl, quels sites Cs⁺ occupe-t-il dans le réseau de Cl⁻ ?

Réponse

Les sites cubiques.

40Question

Combien d’entités CsCl contient une maille de CsCl ?

Réponse

Une entité CsCl.

41Question

Dans NaCl, quels sites du réseau cfc de Cl⁻ Na⁺ occupe-t-il ?

Réponse

Tous les sites octaédriques.

42Question

Dans la blende ZnS, quelle fraction des sites tétraédriques du réseau cfc de S²⁻ est occupée par Zn²⁺ ?

Réponse

La moitié.

43Question

Combien d’unités ZnS contient la maille de la blende ?

Réponse

Quatre unités ZnS.

44Question

Dans CaF₂ fluorine, quelle proportion des sites cubiques du réseau simple de F⁻ est occupée par Ca²⁺ ?

Réponse

Un site sur deux.

45Question

Quelles catégories de solides amorphes sont citées ?

Réponse

Les polymères, les céramiques et les verres.

46Question

Que permet le mouvement des atomes lors du refroidissement d’un liquide ?

Réponse

Il leur permet de se positionner en réseau dans un système cristallin.

47Question

Quel effet la cristallisation a-t-elle généralement sur le volume d’un liquide ?

Réponse

Elle le diminue en conduisant à une compacité optimale.

48Question

Quelle unité structurale trouve-t-on dans les métaux purs et le diamant ?

Réponse

Un atome.

49Question

Que constitue le polyèdre défini par les vecteurs du réseau ?

Réponse

La maille.

50Question

Quelle formule donne le volume de maille à partir des vecteurs du réseau ?

Réponse

V=a⃗⋅(b⃗×c⃗)V=\vec a\cdot(\vec b\times\vec c)

51Question

Qu’est-ce qu’une opération de symétrie ?

Réponse

Une transformation qui produit une figure absolument identique à elle-même.

52Question

Qu’est-ce qui détermine le degré de symétrie d’une figure ?

Réponse

Le nombre total de points équivalents engendrés par ses opérations de symétrie.

53Question

Dans quels systèmes cristallins le mode base centré S est-il interdit ?

Réponse

Dans les systèmes cubique et quadratique.

54Question

Comment calcule-t-on le nombre d’éléments par maille ZZ ?

Réponse

On divise le nombre total d’éléments par le nombre de mailles du cristal.

55Question

Quels indices de Miller correspondent aux interceptions 3, 2 et 2 ?

Réponse

(233) (233)

56Question

Quel indice de Miller vaut zéro si un plan est parallèle à l’axe a ?

Réponse

h=0h=0

57Question

Quel indice de Miller vaut zéro si un plan est parallèle à l’axe b ?

Réponse

k=0k=0

58Question

Quelle relation donne la distance interréticulaire dans un système cubique ?

Réponse

1dhkl2=h2+k2+l2a2\frac{1}{d_{hkl}^{2}}=\frac{h^{2}+k^{2}+l^{2}}{a^{2}}

59Question

Quelle relation donne la distance interréticulaire dans un système tétragonal ?

Réponse

1dhkl2=h2+k2a2+l2c2\frac{1}{d_{hkl}^{2}}=\frac{h^{2}+k^{2}}{a^{2}}+\frac{l^{2}}{c^{2}}

60Question

Quelle relation donne la distance interréticulaire dans un système orthorhombique ?

Réponse

1dhkl2=h2a2+k2b2+l2c2\frac{1}{d_{hkl}^{2}}=\frac{h^{2}}{a^{2}}+\frac{k^{2}}{b^{2}}+\frac{l^{2}}{c^{2}}

61Question

Dans une liaison métallique, quels atomes mettent leurs électrons en commun ?

Réponse

Tous les atomes.

62Question

Quelles propriétés les liaisons chimiques régissent-elles notamment ?

Réponse

Les propriétés mécaniques, thermiques et les transports de charges, de matière et de chaleur.

63Question

Quel lien existe entre la force de cohésion d’un solide et sa température de fusion ?

Réponse

Plus la cohésion est forte, plus la température de fusion est élevée.

64Question

Quelle est la température de fusion du silicium covalent ?

Réponse

1410 °C.

65Question

Quelle est l’énergie de cohésion maximale d’une liaison métallique ?

Réponse

Au plus 500 kJ·mol⁻¹ en valeur absolue.

66Question

Quelles propriétés mécaniques la compacité et les liaisons non dirigées favorisent-elles dans les métaux ?

Réponse

La dureté, la résistance, la malléabilité et la ductilité.

67Question

Quel cristal est l’exemple type d’un cristal covalent ?

Réponse

Le diamant.

68Question

Quelle est l’énergie de cohésion du carbone dans le diamant ?

Réponse

−717 kJ·mol⁻¹.

69Question

Quelle est l’énergie de cohésion du silicium dans la structure diamant ?

Réponse

−446 kJ·mol⁻¹.

70Question

Quelles coordinences sont possibles a priori dans un composé binaire AₘBₙ ?

Réponse

A/A, A/B, B/B et B/A.

71Question

Qu’est-ce qu’un site cristallographique ?

Réponse

Un espace vide du réseau où peut s’insérer un atome plus petit que ceux du réseau-hôte.

72Question

Comment définit-on la taille d’un site cristallographique ?

Réponse

Le rayon maximal insérable sans déformation du réseau-hôte.

73Question

Comment nomme-t-on un site interstitiel dans un réseau cristallin ?

Réponse

D’après le polyèdre formé par ses premiers voisins.

74Question

Quelle relation lie le rayon atomique R et le paramètre de maille a en cfc ?

Réponse

a=22Ra=2\sqrt{2}R

75Question

Quel est le rapport maximal entre le rayon d’un site octaédrique et celui des sphères dans les structures cfc et hc ?

Réponse

rOR=2−1≈0,414\frac{r_O}{R}=\sqrt{2}-1\approx0{,}414

76Question

Quelle est la compacité de la structure cubique simple ?

Réponse

Ccs=π6≈0,52C_{\mathrm{cs}}=\frac{\pi}{6}\approx0{,}52.

77Question

Quel est le rayon maximal du site cubique de la structure cubique simple ?

Réponse

rCR=3−1≈0,73\frac{r_C}{R}=\sqrt{3}-1\approx0{,}73.

78Question

Quelle est la relation entre le paramètre de maille et le rayon atomique en structure cubique centrée ?

Réponse

a=4R3a=\frac{4R}{\sqrt{3}}.

79Question

Combien de sites octaédriques la maille cubique centrée comporte-t-elle ?

Réponse

6 sites octaédriques.

80Question

Où se placent les ions les plus petits dans un réseau-hôte ionique ?

Réponse

Dans les sites interstitiels du réseau formé par les ions les plus gros.

81Question

Comment les sites interstitiels peuvent-ils être occupés dans un édifice ionique binaire ?

Réponse

Partiellement ou totalement.

82Question

Comment s’exprime généralement la plus courte distance cation-anion ?

Réponse

d=rC++RA−d=r_{\mathrm{C}^+}+R_{\mathrm{A}^-}

83Question

Dans CsCl, quel est le rapport des rayons ioniques ?

Réponse

r(Cs+)/R(Cl−)=0,934r(\mathrm{Cs}^+)/R(\mathrm{Cl}^-)=0{,}934

84Question

Quelle condition assure le non-contact anion-anion dans CsCl ?

Réponse

a>2R(Cl−)a>2R(\mathrm{Cl}^-)

85Question

Quel est le rapport des rayons ioniques dans NaCl ?

Réponse

r(Na+)/R(Cl−)=0,536r(\mathrm{Na}^+)/R(\mathrm{Cl}^-)=0{,}536

86Question

Dans la blende ZnS, quel est le rapport r(Zn2+)/R(S2−)r(\mathrm{Zn}^{2+})/R(\mathrm{S}^{2-}) ?

Réponse

0,4020{,}402

87Question

Dans la description équivalente de CaF₂ fluorine, où se placent les ions F⁻ ?

Réponse

Dans tous les sites tétraédriques du réseau cfc de Ca²⁺.

88Question

Dans CaF₂ fluorine, quel est le rapport des rayons ioniques ?

Réponse

r(Ca2+)/R(F−)=0,728r(\mathrm{Ca}^{2+})/R(\mathrm{F}^-)=0{,}728

89Question

Quels sont les plans denses dans les structures cfc et hc ?

Réponse

Les plans diagonaux (111) en cfc et les plans basaux (001) en hc.

90Question

Quelle condition le paramètre de maille aa doit-il respecter pour éviter le contact anion-anion dans NaCl ?

Réponse

a>22R(Cl−)a>2\sqrt{2}R(\mathrm{Cl}^-)

91Question

Quelle condition assure le non-contact anion-anion dans la structure fluorine ?

Réponse

a>4R(F−)a>4R(\mathrm{F}^-)

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Teste tes connaissances avec un QCM de 44 questions sur Architecture et cohésion des cristaux.

1. Un matériau présente un arrangement atomique irrégulier, un ordre limité aux voisins proches et des propriétés identiques dans toutes les directions. À quelle catégorie correspond-il ?

2. Quelle description définit un cristal parfait ?

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