Retour à Thème 1 : Une longue histoire de la matière

Chapitre 2 : des édifices ordonnés, les cristaux

I. La structure des cristaux est déterminée par les caractéristiques de leur maille

La matière solide peut être constituée de cristaux qui correspondent à des empilements ordonnés d’atomes, d’ions ou de molécules. Chaque cristal est constitué par la répétition d’une maille dans les 3 dimensions de l’espace. Une maille correspond donc à la plus petite unité d’un cristal.

Par exemple, les cristaux de sel ou halite, sont constitués par la répétition de la maille cubique de NaCl. Le sel peut donc se présenter sous une forme cristalline mais aussi sous d’autre forme (forme dissoute par exemple).

Un même composé, défini par sa composition chimique précise (comme le sel dont la composition est toujours NaCl), peut cristalliser sous différentes formes. C’est le cas par exemple du diamant et du graphite qui ont la même composition chimique (uniquement des atomes de carbone) mais qui ont des mailles différentes. Cela se traduit par des cristaux de forme variée et des propriétés très différentes également (le diamant est transparent et très résistant alors que le graphite est noir et peu solide).

II. Les cristaux dans les roches (activité 6)

Les roches sont constituées d’un ou plusieurs minéraux différents (quartz, mica, argiles …), chaque minéral ayant une composition chimique qui lui est spécifique. Dans les roches, les minéraux se présentent très souvent sous la forme de cristaux dont les caractéristiques (couleur, forme, résistance) rendent possible leur identification.

Par exemple, dans un granite, il est possible d’identifier les 3 minéraux majeurs (quartz, mica, feldspath) qui se présentent sous la forme de très nombreux cristaux.

L’étude des roches magmatiques (provenant du refroidissement d’un magma) permet de montrer une diversité de taille des cristaux selon les roches : on distingue ainsi des roches plutoniques qui sont constituées uniquement de gros cristaux (exemple : granite) et des roches volcaniques qui sont formées de cristaux de taille plus petite et plus hétérogène (exemple : basalte). Ces différences de taille des cristaux résultent des conditions de refroidissement du magma : quand le refroidissement est lent, les cristaux se développent et acquièrent une grande taille ; au contraire, lorsque le magma se refroidit brutalement (au contact de l’air ou de l’eau), les cristaux se développent très peu et restent de taille très réduite.

III. Les cristaux dans les organismes vivants (activité 5)

Il existe également des cristaux dans les organismes vivants. Les cristaux – qui sont donc solides – assurent différentes fonctions : le squelette (coquille, os), des structures de protection chez les végétaux (raphides). Chez l’Homme, l’oreille interne contient naturellement des cristaux, les otolithes qui permettent l’équilibration. Des cristaux peuvent également se former dans le cas de maladies (calculs rénaux).

IV. Le verre, de la matière non cristallisée (activité 6)

Le verre est un constituant naturel de certaines roches volcaniques. Le verre présente une structure non cristallisée appelée également structure amorphe. Elle se caractérise par un empilement désordonné des mailles et résulte d’un refroidissement très rapide du magma (qui n’a donc pas permis la formation d’un empilement ordonné des mailles). C’est le cas des roches volcaniques comme le basalte qui contient du verre associé à des petits cristaux.