QCM : Solides cristallisés — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle entité correspond à la plus petite unité discernable qui se répète périodiquement dans un cristal ?

La maille élémentaire
Le réseau
Le motif
La translation

Le motif

Explication

Le motif est l’entité élémentaire qui se répète périodiquement. Le réseau désigne plutôt le lieu géométrique associé à la répétition des motifs.

2. Comment un cristal est-il obtenu à partir d’un motif ?

Par une répétition périodique du motif à l’infini
Par une disposition aléatoire de motifs voisins
Par une rotation successive d’un motif isolé
Par une superposition finie de motifs différents

Par une répétition périodique du motif à l’infini

Explication

Un cristal résulte de la répétition périodique et infinie d’un motif. Une simple rotation ou une répétition finie ne décrit pas cette organisation cristalline.

3. Dans la description géométrique d’un cristal, que représente le réseau ?

La combinaison d’atomes placés au centre des faces
Le lieu d’existence des motifs, déformé par les translations
La plus petite entité matérielle répétée dans le cristal
Le volume minimal qui contient toute la structure

Le lieu d’existence des motifs, déformé par les translations

Explication

Le réseau est le lieu géométrique où existent les motifs et il est décrit par les translations. La plus petite entité répétée correspond au motif, non au réseau.

4. Une translation du réseau est définie par quelle expression, avec des coefficients entiers ?

E=a+b+cm+n+p\vec{E}=\frac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}}{m+n+p}
E=ma×nb×pc\vec{E}=m\vec{a}\times n\vec{b}\times p\vec{c}
E=a+b+c\vec{E}=\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}
E=ma+nb+pc\vec{E}=m\vec{a}+n\vec{b}+p\vec{c}

$$\vec{E}=m\vec{a}+n\vec{b}+p\vec{c}$$

Explication

Une translation du réseau est une combinaison linéaire des vecteurs de base avec des coefficients entiers. Les produits vectoriels et les expressions fractionnaires ne correspondent pas à cette règle.

5. Combien de motifs équivalents une maille primitive contient-elle ?

Deux motifs équivalents par maille
Quatre motifs équivalents par maille
Un motif équivalent par maille
Six motifs équivalents par maille

Un motif équivalent par maille

Explication

Une maille primitive contient un motif équivalent, car les contributions des huit sommets partagés entre les mailles totalisent une unité. Une maille centrée ou faces centrées possède davantage de motifs équivalents.

6. Combien de motifs équivalents une maille cubique centrée contient-elle ?

Quatre motifs équivalents par maille
Un motif équivalent par maille
Trois motifs équivalents par maille
Deux motifs équivalents par maille

Deux motifs équivalents par maille

Explication

Les huit sommets apportent ensemble un motif et le centre apporte un motif entier, soit deux motifs équivalents. La présence d’un motif au centre distingue cette maille de la maille primitive.

7. Quel est le nombre total de motifs équivalents dans une maille à faces centrées ?

Huit motifs équivalents par maille
Trois motifs équivalents par maille
Quatre motifs équivalents par maille
Deux motifs équivalents par maille

Quatre motifs équivalents par maille

Explication

Les sommets contribuent pour un motif et les centres des six faces pour trois motifs supplémentaires, ce qui donne quatre motifs équivalents. Deux motifs correspondent plutôt à une maille à base centrée.

8. Combien existe-t-il de systèmes cristallins et de réseaux de Bravais ?

Sept systèmes cristallins et sept réseaux de Bravais
Sept systèmes cristallins et quatorze réseaux de Bravais
Six systèmes cristallins et douze réseaux de Bravais
Quatorze systèmes cristallins et sept réseaux de Bravais

Sept systèmes cristallins et quatorze réseaux de Bravais

Explication

La classification cristallographique comprend sept systèmes cristallins et quatorze réseaux de Bravais. Le nombre de réseaux est donc supérieur à celui des systèmes cristallins.

9. Quels éléments servent notamment à définir un système cristallin ?

La couleur du matériau et sa conductivité électrique
La masse du cristal et sa température de fusion
Les paramètres géométriques de la maille et ses éléments de symétrie
La composition chimique et la vitesse de croissance

Les paramètres géométriques de la maille et ses éléments de symétrie

Explication

Un système cristallin est défini par la géométrie de la maille et par ses éléments de symétrie, tels que les axes, les plans et les axes de rotation. Les propriétés physiques ou la composition chimique ne constituent pas les critères géométriques mentionnés.

10. Que désignent les indices de Miller hh, kk et ll dans un cristal ?

Une famille de plans parallèles et équidistants
Le nombre de voisins autour d’un site cristallin
La distance entre deux plans cristallins successifs
Les coordonnées cartésiennes d’un atome donné

Une famille de plans parallèles et équidistants

Explication

Les indices de Miller caractérisent une famille entière de plans parallèles et équidistants. La distance entre deux plans successifs correspond plutôt à la distance réticulaire, et non aux indices eux-mêmes.

11. Quelle est la définition correcte de la distance réticulaire associée à une famille de plans de Miller ?

La distance entre deux plans parallèles successifs
La distance entre deux axes cristallographiques voisins
La distance entre deux atomes d’une même couche
La longueur d’une arête de la maille élémentaire

La distance entre deux plans parallèles successifs

Explication

La distance réticulaire mesure l’écart entre deux plans parallèles successifs appartenant à une même famille. Les indices de Miller désignent cette famille, mais ne représentent pas directement cette distance.

12. Pour déterminer les indices de Miller d’un plan, quelle opération effectue-t-on après avoir repéré ses intersections avec les axes ?

On prend les inverses des coordonnées d’intersection
On utilise directement les coordonnées d’intersection
On soustrait les coordonnées d’intersection des axes
On additionne les coordonnées d’intersection entre elles

On prend les inverses des coordonnées d’intersection

Explication

La méthode consiste à prendre les inverses des coordonnées d’intersection, puis à les réduire aux plus petits entiers. Employer directement les intersections confond les coordonnées du plan avec ses indices de Miller.

13. Quelle géométrie forme la première couche d’atomes dans un empilement compact ?

Un réseau de triangles équilatéraux
Un réseau de rectangles alternés
Un réseau de carrés régulièrement espacés
Un réseau de pentagones adjacents

Un réseau de triangles équilatéraux

Explication

Dans un empilement compact, chaque atome de la première couche s’organise avec ses voisins selon un réseau de triangles équilatéraux. Cette disposition maximise le contact entre les sphères de la couche.

14. Quelle association entre séquence d’empilement et structure cristalline est correcte ?

ABAB correspond aux faces centrées et ABCABC à l’hexagonale compacte
ABAB correspond à la cubique simple et ABCABC à la cubique centrée
ABAB correspond à l’hexagonale compacte et ABCABC aux faces centrées
ABAB correspond à la cubique centrée et ABCABC à la cubique simple

ABAB correspond à l’hexagonale compacte et ABCABC aux faces centrées

Explication

La répétition ABAB produit une structure hexagonale compacte, tandis que la séquence ABCABC produit une structure cubique faces centrées. Les deux séquences décrivent donc des empilements compacts distincts.

15. Quelles sont les caractéristiques de la structure cubique faces centrées ?

Quatre atomes par maille, une coordinence de 8 et une compacité de 0,68
Deux atomes par maille, une coordinence de 8 et une compacité de 0,68
Quatre atomes par maille, une coordinence de 12 et une compacité de 0,74
Un atome par maille, une coordinence de 6 et une compacité de 0,52

Quatre atomes par maille, une coordinence de 12 et une compacité de 0,74

Explication

La structure cubique faces centrées possède quatre atomes par maille, douze plus proches voisins et une compacité de 0,74. La coordinence de 8 caractérise plutôt la structure cubique centrée, tandis que celle de 6 correspond à la cubique simple.

16. Que mesure la coordinence d’un atome dans une structure cristalline ?

Le nombre de ses plus proches voisins
Le nombre d’atomes contenus dans la maille
La distance séparant deux plans cristallins
La fraction volumique occupée par les atomes

Le nombre de ses plus proches voisins

Explication

La coordinence est le nombre de plus proches voisins d’un atome dans la structure. Elle ne correspond ni au nombre d’atomes par maille, ni à la compacité, ni à une distance entre plans.

17. Quelles propriétés caractérisent la structure cubique centrée ?

Deux atomes par maille, une coordinence de 8 et une compacité d’environ 0,68
Deux atomes par maille, une coordinence de 6 et une compacité d’environ 0,52
Un atome par maille, une coordinence de 6 et une compacité d’environ 0,52
Quatre atomes par maille, une coordinence de 12 et une compacité de 0,74

Deux atomes par maille, une coordinence de 8 et une compacité d’environ 0,68

Explication

La structure cubique centrée contient deux atomes par maille, chaque atome ayant huit plus proches voisins, et sa compacité vaut environ 0,68. La coordinence de 6 et la compacité de 0,52 sont celles de la structure cubique simple.

18. Quelles propriétés caractérisent la structure cubique simple ?

Un atome par maille, une coordinence de 8 et une compacité d’environ 0,52
Deux atomes par maille, une coordinence de 8 et une compacité d’environ 0,68
Un atome par maille, une coordinence de 6 et une compacité d’environ 0,52
Quatre atomes par maille, une coordinence de 12 et une compacité de 0,74

Un atome par maille, une coordinence de 6 et une compacité d’environ 0,52

Explication

La structure cubique simple contient un atome par maille, possède six plus proches voisins et présente une compacité d’environ 0,52. La présence de deux atomes par maille et la coordinence de 8 caractérisent la structure cubique centrée.

19. Dans la structure de NaCl, comment les ions sont-ils répartis dans la maille ?

Les chlorures occupent les sommets et les sodiums se placent au centre du cube
Les sodiums et les chlorures forment deux réseaux cubiques simples superposés
Les sodiums forment un réseau cubique faces centrées et les chlorures occupent les sites tétraédriques
Les chlorures forment un réseau cubique faces centrées et les sodiums occupent les sites octaédriques

Les chlorures forment un réseau cubique faces centrées et les sodiums occupent les sites octaédriques

Explication

Dans NaCl, les ions chlorure occupent les positions d’un réseau cubique faces centrées et les ions sodium remplissent les sites octaédriques. Cette organisation explique également la coordinence six des deux types d’ions.

20. Combien d’ions sodium et d’ions chlorure contient une maille de NaCl ?

Quatre ions sodium et quatre ions chlorure
Deux ions sodium et quatre ions chlorure
Un ion sodium et un ion chlorure
Quatre ions sodium et deux ions chlorure

Quatre ions sodium et quatre ions chlorure

Explication

Le décompte de la maille de NaCl donne quatre ions sodium et quatre ions chlorure, soit un rapport de un pour un. Cette proportion correspond à la stœchiométrie NaCl.

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Qu'est-ce qu'un motif en cristallographie?

La plus petite entité discernable qui se répète périodiquement.

Comment obtient-on un cristal?

Par la répétition périodique à l’infini d’un motif.

Qu'est-ce que le réseau en cristallographie?

Le lieu d’existence des motifs, déformé par les translations.

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