QCM : Cristallochimie et structures cristallines — 29 questions

Explication

Un solide amorphe présente un ordre limité aux courtes distances et une organisation spatiale irrégulière, ce qui explique son isotropie. L’ordre régulier à longue distance caractérise plutôt l’état cristallin.

Explication

Un solide cristallin possède un arrangement régulier et un ordre à longue distance, ce qui entraîne des propriétés anisotropes. L’ordre à courte distance et l’isotropie sont associés à l’état amorphe.

Explication

Un cristal parfait est constitué d’unités structurales identiques réparties régulièrement dans tout l’espace. Une organisation irrégulière ou composée d’unités variables ne correspond pas à cette définition.

Explication

Une structure cristalline associe un réseau périodique et un motif placé à chacun de ses nœuds. Le réseau seul ne décrit donc pas l’ensemble de la structure cristalline.

Explication

Toute translation du réseau s’écrit comme une combinaison entière des trois vecteurs non colinéaires de base. Les coefficients peuvent prendre des valeurs entières relatives, et non des valeurs réelles arbitraires.

Explication

Une opération de symétrie conserve l’identité géométrique de la figure, éventuellement en échangeant un point avec un point équivalent. Une transformation sans relation géométrique ne constitue pas une opération de symétrie.

Explication

Un axe Aₙ correspond à une rotation de $\frac{2\pi}{n}$, et A₁ représente l’identité. L’axe A₅ ne permet pas de paver entièrement une surface et n’existe donc pas dans les cristaux.

Explication

La classification comprend sept systèmes cristallins : cubique, hexagonal, quadratique, rhomboédrique, orthorhombique, monoclinique et triclinique. Les catégories pentagonale et amorphe ne font pas partie de cette liste.

Explication

Une maille primitive possède un seul nœud, alors qu’une maille conventionnelle multiple en possède plusieurs tout en conservant les symétries du système. Le nombre de nœuds ne s’inverse donc pas entre ces deux types de mailles.

Explication

Le mode I ajoute un nœud au centre de la maille. Le mode F, en revanche, place des nœuds au centre de toutes les faces, tandis que le mode P n’ajoute pas de nœud supplémentaire.

Explication

Les contraintes de symétrie combinées à l’exigence d’un volume minimal réduisent les arrangements possibles à 14 réseaux de Bravais. Le nombre ne provient donc ni des faces d’une maille ni des seules directions cristallographiques.

Explication

Une rangée cristallographique est une droite de l’espace qui passe par des nœuds du cristal et se note [uvw]. La notation (hkl) désigne plutôt les indices d’un plan cristallographique.

Explication

Les indices de Miller s’obtiennent en relevant les interceptions du plan, en prenant leurs inverses, puis en transformant ces valeurs en plus petits entiers. Utiliser directement les interceptions confondrait les indices de plan avec ceux d’une direction.

Explication

Dans le système cubique, la relation $\frac{1}{d_{hkl}^2}=\frac{h^2+k^2+l^2}{a^2}$ montre que l’augmentation des indices accroît l’inverse du carré de la distance, donc réduit la distance interréticulaire. Le paramètre de maille $a$ ne suit pas cette variation puisqu’il reste fixé dans la situation considérée.

Explication

Les quatre familles sont les structures métalliques, covalentes, ioniques et moléculaires. Les structures amorphes, vitreuses ou composites ne constituent pas cette classification fondamentale des cristaux.

Explication

Dans une liaison métallique, les électrons sont mis en commun à l’échelle de l’ensemble des atomes métalliques, alors qu’une liaison covalente concerne le partage d’électrons entre deux atomes. Les ions opposés et les forces intermoléculaires décrivent d’autres interactions.

Explication

Une cohésion plus forte demande davantage d’énergie pour désorganiser le cristal, ce qui correspond à une température de fusion plus élevée. Une faible cohésion tend au contraire à être associée à une fusion à plus basse température.

Explication

Le potentiel ionique combine une attraction coulombienne décroissant comme $1/r$ et une répulsion liée au recouvrement des nuages électroniques, variant comme $1/r^n$. Les deux termes n’ont donc pas le même caractère ni le même rôle physique.

Explication

La coordinence A/B compte les atomes B qui entourent un atome A. La coordinence B/A correspondrait à la situation inverse et ne fournit pas le même décompte.

Explication

Cette relation donne le rapport entre le volume occupé par les atomes assimilés à des sphères et le volume de la maille, c’est-à-dire la compacité. La coordinence correspond plutôt au nombre de voisins autour d’un atome.

Explication

Un site cristallographique est une cavité du réseau-hôte entourée d’atomes premiers voisins, pouvant accueillir un atome plus petit. Il ne désigne donc ni un atome central ni une surface de séparation.

Explication

L’atome peut s’insérer sans déformation si $r<r_{max}$ et son ajustement est meilleur lorsque $r$ reste proche de $r_{max}$. Un rayon trop grand déforme le réseau, tandis qu’un rayon très petit utilise moins bien la cavité.

Explication

L’empilement ABCABC produit la structure cubique à faces centrées, cfc ou fcc. L’empilement ABAB correspond à la structure hexagonale compacte, et non à la structure cfc.

Explication

La structure diamant est constituée d’atomes tétravalents de type $ns^2np^2$, reliés par hybridation $sp^3$ et par des liaisons covalentes. Elle ne correspond donc pas à une structure ionique ou à une liaison métallique.

Explication

Un édifice ionique binaire doit être électriquement neutre, aussi compact que possible et dépourvu de contacts défavorables entre ions de même signe. Les contacts cation-anion sont au contraire compatibles avec cette organisation.

Explication

Les ions les plus petits, généralement les cations, se placent dans les sites interstitiels du réseau-hôte constitué par les ions les plus gros, généralement les anions. Inverser ces rôles conduit à une organisation incompatible avec la règle générale d’insertion.

Explication

L’électroneutralité locale impose que $x\times\mathrm{coordinence}(C/A)$ soit égal à $y\times\mathrm{coordinence}(A/C)$. Les autres relations permutent les facteurs ou remplacent l’égalité de charges par une opération sans justification structurale.

Explication

La fluorine est la structure ionique de formule CaF₂, alors que la blende est associée à ZnS. La confusion entre ces deux appellations inverse précisément les deux compositions chimiques.

Explication

Dans CsCl, le réseau cubique simple d’anions possède des sites cubiques occupés par les cations, ce qui conduit à une proportion d’un ion pour un ion. Le modèle fondé sur des sites octaédriques correspond plutôt à la description usuelle de NaCl.