Physique · Glossaire

Qu'est-ce que « Réseau et motif » ?

Définition 23.1 Physique universitaire — 3e année · Chapitre 23 — Solides cristallins

Un cristal est un arrangement qui se répète : un réseau (la grille de points mathématiques r=n1a1+n2a2+n3a3\vect r = n_1\vect a_1 + n_2\vect a_2 + n_3\vect a_3, avec des entiers nin_i) décoré par un motif (l’atome ou le groupe accroché identiquement à chaque point). Le parallélépipède engendré par a1,a2,a3\vect a_1, \vect a_2, \vect a_3 est une maille ; son arête aa est le paramètre de maille, quelques A˚\text{Å}. Trois empilements cubiques portent l’essentiel de ce cours : le cubique simple (points aux coins du cube — rare : un atome par maille) ; le cubique centré (cc : coins ++ centre, 2 atomes par maille — fer, chrome) ; le cubique à faces centrées (cfc : coins ++ centres des faces, 4 atomes par maille — cuivre, aluminium, argent, or : l’empilement cubique le plus dense, qui remplit 74 % de l’espace). Le diamant est cfc avec un motif à deux atomes ; le sel gemme est cfc avec une paire Na–Cl.

Les trois réseaux cubiques. Les atomes des coins sont partagés entre huit mailles, ceux des faces entre deux, celui du centre par une seule : les compter et les mailles contiennent respectivement 1, 2 et 4 atomes — la comptabilité derrière chaque calcul de densité de ce chapitre.
Les trois réseaux cubiques. Les atomes des coins sont partagés entre huit mailles, ceux des faces entre deux, celui du centre par une seule : les compter et les mailles contiennent respectivement 1, 2 et 4 atomes — la comptabilité derrière chaque calcul de densité de ce chapitre.

Exemples

Exemple 23.2 (Peser une maille)

Le cuivre est cfc avec a=3.61A˚a = 3.61\,\text{Å}. Sa maille contient 4 atomes de masse molaire 63.5g/mol63.5\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}, donc

ρ=4M/NAa3=4×1.055×1025kg4.71×1029m38960kg/m3,\rho = \frac{4M/N_{\text{A}}}{a^3} = \frac{4\times1.055 \times 10^{-25}\,\mathrm{kg}}{4.71 \times 10^{-29}\,\mathrm{m}^{3}} \approx 8960\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} ,

la valeur des tables. Prise à l’envers, la même arithmétique transforme un aa mesuré et une densité de paillasse en NAN_{\text{A}} — la voie par laquelle les rayons X ont compté les atomes pour la première fois (Exercice 23.6).

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