Liaison chimique : Cours – Résumés – Exercices et Examens corrigés

L’atome est le constituant fondamental de la matière. Il est constitué de différentes particules élémentaires, dont les trois principales : l’électron, le proton et le neutron. Ces derniers forment le noyau.

La matière est généralement formée par des molécules et parfois par des assemblages ioniques. La présence d’atomes libres est souvent due à des conditions expérimentales exceptionnelles telles que le vide interstellaire, les champs magnétique et électrique intenses.

Il existe trois types de liaisons fortes qui unissent les atomes : la liaison covalente, ionique et métallique.

La liaison covalente est obtenue grâce à la mise en commun d’électrons apportés par deux atomes. Une liaison covalente entre deux atomes résulte de la mise en commun d’une paire d’électrons. Seuls les électrons de valence d’un atome, c’est-à-dire les électrons en excès par rapport à la configuration du gaz rare qui précède l’élément, peuvent être impliqués dans la formation des liaisons. Pour les éléments des trois premières périodes il s’agit des électrons de la couche externe.

La liaison ionique résulte de l’attraction mutuelle des charges des anions et des cations. La liaison ionique est une force d’attraction, ce n’est pas de la matière. Un composé ionique possède nécessairement un composé fortement électropositif et électronégatif. La liaison est d’autant plus forte que l’enthalpie réticulaire est élevée, donc que les espèces sont plus petites et chargées.

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Chimie minérale est la science qui décrit des corps simples et des composés de tous les éléments autres que le carbone, ainsi que des molécules très simples contenant un seul atome de carbone (oxydes de carbone, carbonates, cyanures …). Nous parlons de chimie minérale car, à l’origine, les corps étudiés venaient du règne minéral. On l’appelle parfois chimie inorganique, par opposition à la chimie organique qui se limite aux composés carbonés présents en abondance dans les règnes végétal et animal.

La chimie minérale des corps simples distingue 3 grandes classes d’éléments : les métaux, les non-métaux et les gaz rares.

Plan du cours Chimie Minérale

Chapitre I: Etat solide cristallin

I-1- Classification des solides cristallins

I-2- Propriétés physiques

I-3- Nature des cristaux et classification périodique

I-4- Notions de cristallographie

Chapitre II: Cristaux métalliques

II-1- La liaison métallique

II-2- Propriétés physiques des métaux

II-3- Structures métalliques

II-3-1- Assemblages compacts

II-3-2- Structures cubique à faces centrées (CFC) et hexagonale compacte

II-3-3- Assemblage semi compact: Structure cubique centrée (CC)

II-4- Insertion dans les réseaux

II-4-1- Condition d’insertion dans une structure CFC

II-4-2- Condition d’insertion dans une structure HC

Chapitre III: Cristaux ioniques

III-1- La liaison ionique

III-2- Stéréochimie de quelques structures de type MX

III-2-1- Structure type chlorure de césium CsCl

III-2-2- Structure type chlorure de sodium NaCl

III-2-3- Structure type ZnS blende

III-2-4- Structure type NiAs

III-2-5- Structure type ZnS wurtzite

III-3- Stéréochimie de quelques structures de type MX2

III-3-1- Structure type fluorine CaF2 et anti fluorine K2O

III-3-2- Structure type rutile TiO2

III-3-3- Structure type cristobalite SiO2

III-4- Rayons ioniques et structures

III-5- Détermination de l’énergie réticulaire des cristaux ioniques

III-5-1- Détermination par la méthode électrostatique

III-5-2- Détermination par la méthode thermodynamique

Chapitre IV: Cristaux covalents et cristaux moléculaires

IV-1- Les cristaux covalents

IV-1-1- Exemples de structures unidimensionnelles

IV-1-2- Exemple de structure bidimensionnelle : le graphite

IV-1-3- Exemple de structure tridimensionnelle : le diamant

IV-2- Les cristaux moléculaires

IV-2-1- Exemples de cristaux moléculaires à liaisons de Van der Waals

IV-2-2- Exemples de cristaux moléculaires à liaisons hydrogène

IV-3- Les liaisons intermoléculaires dans les cristaux covalents et dans les cristaux moléculaires

IV-3-1- Les liaisons de Van der Waals

IV-3-2- La liaison hydrogène

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Minéralogie est la science qui étudie les minéraux. C’est donc une science qui s’intéresse avant tout à des objets. Elle est née au xviiie siècle, en même temps que la cristallographie, dont elle a été longtemps indissociable. Elle est étroitement liée à la géologie, dont on peut considérer qu’elle fait partie.

La minéralogie est une activité pratiquée en amateur par de nombreux passionnés. Elle est aussi à la base d’une activité commerciale significative. De très nombreux musées exposent des collections de minéralogie, de taille et d’importance très variable, au contact desquelles naissent de nombreuses vocations de scientifiques et en particulier de géologues. La popularité grandissante de la lithothérapie montre que, pour le grand public, les minéraux sont restés des objets suffisamment exceptionnels pour que l’on continue de leur attribuer des propriétés magiques.

Les minéraux sont des objets naturels remarquables, utilisés initialement par l’homme à des fins décoratives, en tant que matière première (minerais) et probablement pour leurs vertus magiques supposées. Leurs couleurs, la perfection de leurs formes, la variété de leur éclat fascinent toujours les hommes. Au cours des siècles, il s’est constitué un savoir empirique qui a nourri les premiers pas de la minéralogie comme discipline scientifique.

Plan du cours de Minéralogie

CHAPITRE I : NOTIONS DE CRISTALLOCHIMIE

I-1 RAPPELS DE LA STRUCTURE DE L’ATOME ET DES LIAISONS CHIMIQUES

I-1-1 RAPPELS DE LA STRUCTURE DE L’ATOME

I-1-1-1 L’atome

I-1-1-1-1 Représentation symbolique de l’atome

I-1-1-1-2 Masse caractéristique de l’atome

I-1-2 RAPPELS DES LIAISANS CHIMIQUES DANS LES MINERAUX

I-1-2-1 Généralités

I-1-2-2 Liaison ionique

I-1-2-3 Liaison de covalence

I-1-2-4 Liaison métallique

I-1-2-5 Liaison van der waals

I-1-2-6 Types de cristaux

I-1-2-6-1 Les cristaux ioniques

I-1-2-6-2 Les cristaux de covalence

I-2 RAPPELS DE QUELQUES DEFINITIONS (CRISTAL, MINERAL ETC …)

I-2-1 Introduction

I-2-2 Les propriétés physiques des minéraux

I-2-3 Propriétés géométriques des cristaux

I-2-4 Le système cristallin

I-2-5 Morphologie des minéraux

I-2-5-1 Agrégats

I-2-5-2 Types d’agrégats minéraux

I-2-5-2-1 Agrégat grenu (granulaire)

I-2-5-2-2 Agrégats compacts

I-2-5-2-3 Agrégats terreux

I-2-5-2-4 Agrégats aciculaires, prismatiques

I-2-5-2-5 Agrégats radiés

I-2-5-2-6 Agrégats feuilletés, lamellaires

I-2-5-2-7 Agrégats en écailles

I-2-5-2-8 Agrégats fibreux

I-2-5-2-9 Druses

I-2-5-2-10 Concrétions

I-2-5-2-11 Sécrétions

I-2-5-2-12 Oolithes

I-2-5-2-13 Dendrites

I-2-5-2-14 Les enduites et les agrégats réniformes

I-2-6 HABITUS

I-2-6-1 Habitus isométrique

I-2-6-2 Habitus linéaire

I-2-6-3 Habitus bidimensionnel

I-2-6-4 Habitus dendritique

I-2-7 PROPRIETES DES MINERAUX

I-2-7-1 Propriétés optiques des minéraux

I-2-7-1-1 La couleur

I-2-7-1-1-1 Couleur idiochromatique

I-2-7-1-1-2 Couleur allochromatique

I-2-7-1-1-3 Couleur pseudo-chromatique

I-2-7-1-2 Trait (Couleur de la poussière du minéral)

I-2-7-1-3 Effervescence

I-2-7-1-4 Eclat des minéraux

I-2-7-1-4-1 Eclat métallique

I-2-7-1-4-2 Eclat non métallique

I-2-7-1-4-3 Eclat vitreux

I-2-7-1-4-4 Eclat Adamantin

I-2-7-1-4-5 Eclat nacré

I-2-7-1-4-6 Eclat soyeux

I-2-7-1-4-7 Eclat gras ou onctueux

I-2-7-1-4-8 Minéraux mats

I-2-7-1-4-9 Eclat semi-métallique

I-2-7-1-5 Transparence

I-2-7-1-6 Caractères particuliers à certains minéraux

I-2-7-2 Propriétés mécaniques des minéraux

I-2-7-2-1 Cassure

I-2-7-2-1-1 Cassure conchoïdal

I-2-7-2-1-2 Cassure esquilleuse (ou écharneuse)

I-2-7-2-1-3 Cassure terreuse

I-2-7-2-1-4 Cassure granulaire

I-2-7-2-2 Clivage

I-2-7-2-2-1 Clivage très parfait

I-2-7-2-2-2 Clivage parfait

I-2-7-2-2-3 Clivage moyen

I-2-7-2-2-4 Clivage imparfait

I-2-7-2-2-5 Clivage très imparfait

I-2-7-2-2-6 Clivage inexistant

I-2-7-2-3 Macle

I-2-7-2-3-1 Macles simples ou géminées

I-2-7-2-3-1-1 Macle par accolement

I-2-7-2-3-1-2 Macle par pénétration

I-2-7-2-3-2 Macles multiples ou poly-géminées

I-2-7-2-3-2-1 Macle ouverte

I-2-7-2-3-2-2 Macle fermée 24Minéralogie

I-2-7-2-3-2-3 Macles polysynthétiques

I-2-7-2-4 La Dureté

I-2-7-2-5 Densité (La Masse Spécifique)

I-3 DEFINITION DE LA COORDINANCE, ISOTYPISME, ISOMORPHISME ET POLYMORPHISME 26

I-3-1 Généralités

I-3-1-1 Liaison ionique ou hétéropolaire

I-3-1-2 Le rayon ionique

I-3-1-3 Notion de coordinance ou de coordination

I-3-2 Isotypisme

I-3-3 Isomorphisme

I-3-3-1 Conditions des remplacements ou substitutions isomorphiques

I-3-4 Le polymorphisme

I-3-5 Imperfection des cristaux

I-3-5-1 Défauts dans la position des atomes

I-3-5-2 Défaut de FRENKEL

I-3-5-3 Défaut de SCHOTTKY

I-3-5-4 Défaut dans l’alignement des mailles cristallines

I-3-5-4-1 Dislocation coin

Chapitre II- CLASSIFICATION DES MINERAUX (LES NEUF GROUPES)

II-1 MINERAUX NON SILICATES

II-1-1 LES ELEMENTS NATIFS

II-1-1-1 LES METAUX

II-1-1-1-1 L’Or natif (Au)

II-1-1-1-2 Argent natif (Ag)

II-1-1-1-3 Le cuivre natif (Cu)

II-1-1-1-4 Le platine (Pt)

II-1-1-2 LES SUME METAUX

II-1-1-2-1 Le soufre natifs (S)

II-1-1-3 LES NON METAUX

II-1-1-3-1 Diamant : (C)

II-1-1-3-2 Graphite : (C)

II-1-2 LES HALOGENURES

II-1-2-1 Halite (NaCl)

II-1-2-2 Fluorite (CaF2)

II-1-3 LES SULFURES ET SULSOSELS

II-1-3-1 La galène (PbS)

II-1-3-2 Blende ou sphalérite (ZnS)

II-1-3-3 Les cuivres gris : Cu3 (As, Sb) S3-4 (± Ag, Zn)

II-1-3-4 Chalcopyrite : CuFeS2 34Minéralogie

II-1-3-5 Pyrite (FeS2)

II-1-3-6 Molybdénite (MOS2)

II-1-3-7 Stibine (Sb2S3)

II-1-4 LES OXYDES ET LES HYDROXYDES

II-1-4-1 La magnétite (Fe3O4 (Oxyde))

II-1-4-2 Hématite ou oligiste (Fe2O3) (Oxyde)

II-1-4-3 Ilménite (FeTiO3) (Oxyde)

II-1-4-4 Cassitérite (SnO2)

II-1-4-5 Limonite (FeO3.nH2) (Hydroxyde)

II-1-5 LES CARBONATES

II-1-5-1 Calcite (CaCO3)

II-1-5-2 Dolomie (Ca Mg CO3)

II-1-5-3 Aragonite (CaCO3)

II-1-5-4 Azurite (Cu3 [(CO3)2(OH) 2])

II-1-5-5 Malachite Cu2 [CO3 (OH) 2]

II-1-6 LES SULFATES ET TUNGSTATES

II-1-6-1 SULFATES

II-1-6-1-1 Barytine (BaSO4)

II-1-6-1-2 Gypse (CaSO4-2H2O)

II-1-6-2 TUNGSTATES

II-1-6-2-1 Scheelite (CaWO4)

II-1-6-2-2 Wolframites (Fe, Mn) WO4

II-1-7 PHOSPHATES, ARSSENIATES ET VANADATES

II-1-7-1 Les phosphates

II-1-7-1-1 Amblygonite

II-1-7-1-2 Lazurite

II-1-7-1-3 Pyromophilite

II-1-7-1-4 Vivianite

II-1-7-1-5 Atunite

II-1-7-1-6 Apatite

II-1-7-2 Les arséniates

II-1-7-2-1 Adamite

II-1-7-2-2 Annabergite

II-1-7-2-3 Mimétite

II-1-7-2-4 Chnoclase

II-1-7-3 Les vanadates

II-1-7-3-1 Carnotite

II-1-7-3-2 Vanadinite

II-1-7-3-3 Volborthite

II-1-8 LES BORATES

II-1-8-1 Boracite

II-1-8-2 Ascharite

II-1-8-3 Borax

II-1-8-4 Ulexite

II-1-9 LES NITRATES

II-1-9-1 Nitratine NaNO3

II-2 LES SILICATES

II-2-1 Généralités

II-2-2 Classification structurale des silicates

II-2-2-1 Coordination

II-2-2-2 Agencement des polyèdres

II-2-2-3 Enchaînement des tétraèdres [SiO4]4 Ŕ

II-2-3 LES NESOSILICATES ET LES SUBNESOSILICATES

II-2-3-1 LES NESOSILICATES

II-2-3-1-1 Groupe des péridots

II-2-3-1-2 Groupe des grenats

II-2-3-2 LES SUBNESOSILICATES

II-2-3-2-1 Andalousite

II-2-3-2-2 Disthène

II-2-3-2-3 Sillimanite

II-2-4 LES SORO-SILICATES

II-2-4-1 les épidotes

II-2-4-2 La zoïsite (Si2O7) (SiO4) O (OH) Al3Ca2

II-2-4-3 La pistachite (Si2O7) (SiO4) (OH) Ca2 Fe Al2O

II-2-4-4 La piémontite (Si2O7) (SiO4) O (OH) (Al, Fe3+, Fe2+, Mn2+)3(Ca,Ce, La, Y3+)2

II-2-4-5 L’allanite ou orthite

II-2-5 LES CYCLO-SILICATES

II-2-5-1 Le groupe du béryl 50

II-2-5-2 Le groupe de la tourmaline

II-2-5-3 Le groupe de la cordiérite

II-2-6 INO-SILICATES

II-2-6-1 Les pyroxènes

II-2-6-2 Caractères généraux des pyroxènes

II-2-6-2-1 Les ortho-pyroxènes (OPX)

II-2-6-2-2 Les clino-pyroxènes (CPX)

II-2-6-2-2-1 Les pyroxènes monocliniques calciques

II-2-6-2-2-1-1 L’augite

II-2-6-2-2-2 Les pyroxènes monocliniques sodiques

II-2-6-2-2-2-1 L’aegyrine

II-2-6-2-3- Les amphiboles

II-2-6-2-3-1 Caractères généraux des amphiboles

II-2-6-2-3-1-1 les amphiboles ferromagnésiennes

II-2-6-2-3-1-2 Les amphiboles monocliniques calciques

II-2-6-2-3-1-2-1 Actinote-trémolite

II-2-6-2-3-1-2-2 La hornblende

II-2-6-2-3-1-3 Les amphiboles monocliniques sodiques

II-2-7 LES PHYLLO-SILICATES (Tétraèdre en feuillets)

II-2-8 LES TECTO-SILICATES (TETRAEDRE EN FEUILLETS)

II-2-8-1 Famille ou groupe de la silice

II-2-8-1-1 polymorphisme de la silice

II-2-8-1-2 Le quartz (SiO2)

II-2-8-1-3 la calcédoine et l’opale (SiO2)n H2O

II-2-8-1-4 Tridymite et cristobalite

II-2-8-2 Famille ou groupe des feldspaths

II-2-8-2-1 Les feldspaths alcalins

II-2-8-2-2 Les feldspaths sodiques

II-2-8-2-3 Les feldspaths calco-sodiques : les Plagioclases

II-2-8-2-4 Caractères généraux des feldspaths

II-2-8-3 Les feldspathoïdes

II-2-8-3-1 Groupe de la néphéline

II-2-8-3-2 groupe de la leucite

II-2-8-3-3 Groupe de la sodalite

II-2-8-3-4 Groupe des zéolites

II-2-8-3-4-1 Les zéolites fibreuses

II-2-8-3-4-2 Les zéolites lamellaires

II-2-8-3-4-3 Les zéolites isométriques

II-2-8-3-5 Groupe des scapolites ou des wernérites

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