Composante
UFR Sciences et Montagne
Description
Étude des relations entre composition chimique des matériaux cristallins et leurs structures, ainsi que leurs effets sur les principales propriétés
Objectifs
- Connaître l’architecture des solides à l’échelle atomique
- Connaître les structures des principaux corps simples et corps composés
- Connaitre les principales propriétés physico-chimiques des solides
- Acquérir des connaissances de base sur la diffraction des rayons X
Objectifs détaillés d’apprentissage disciplinaires :
- être capable de comparer différents matériaux
- être capable de définir les éléments de l’état cristallin
- être capable de décrire les structures des corps simples
- être capable de décrire les principales structures des corps composés
- être capable d’identifier une liaison chimique, de comparer différents solides et de déduire leurs principales propriétés en relation avec leur structure
- être capable de prévoir les propriétés des solides en fonction de la présence de défauts dans les cristaux
- être capable d’interpréter une image simple de diffraction des rayons X
Heures d'enseignement
- CMCours Magistral13,5h
- TDTravaux Dirigés13,5h
Pré-requis obligatoires
Structure de la matière, atomistique, liaisons chimiques
Plan du cours
I. LES SOLIDES : METAUX, ISOLANTS, SEMI-CONDUCTEURS
1- Généralités sur l'état solide
2- Rappels sur les liaisons (liaison ionique, pouvoir polarisant, polarisabilité, moment dipolaire, liaison métallique)
II. L’ÉTAT CRISTALLIN
1- Définitions (famille cristalline, motif, réseau, nœud, rangée, maille, plan réticulaire, coordonnées, coordinence, compacité)
2- Les sites cristallographiques
3- Les systèmes cristallins
4- Les réseaux de Bravais
III. STRUCTURE DES CORPS SIMPLES
1- Empilements de couches (compacts, non compacts)
2- Structure des corps simples (cubique simple, cubique centrée, cubique à faces centrées, hexagonale compacte, diamant, graphite)
IV. STRUCTURE DES CORPS COMPOSES
1- Structures type AB (CsCl, NaCl, ZnS)
2 Structures type AB2 (CaF2, Na2O)
V. DEFAUTS DANS LES CRISTAUX
Les défauts ponctuels (Schottky, anti-Schottky, Frenkel, anti-Frenkel, substitution, insertion), mono/bi/tri-dimensionnels.
Les propriétés physico-chimiques qui découlent de la présence des défauts.
VI. LES RAYONS X
1- Généralités
2- Production et détection des rayons X
3- Absorption des rayons X
5- Diffraction des rayons X (loi de Bragg, diagramme de Debye – Scherrer, identification, indexation)
Compétences visées
- Mobiliser les concepts de base de la chimie pour aborder et résoudre des problématiques
- Utiliser les propriétés physico- chimiques fondamentales à l’échelle moléculaire et atomique
- Élaborer et mettre en œuvre une démarche raisonnée dans le domaine de la structure de la matière
- Développer une argumentation avec esprit critique
Bibliographie
- Introduction à la cristallochimie, Didier Riou, 2007, Ellipses.
- Cristallographie géométrique Cours, exercices et problèmes corrigés, N. Millot Nadine, J-C. Nièpce, 2014, Broché.
- H-Prépa Exercices, Physique, MPSI-PCSI-PTSI, A. Durupthy, O. Durupthy, J. Estienne, M. Jiacino, A. Jaubert, 2003, Hachette.