CB08: Des structures de réseaux

Des atomes, des ions et des molécules covalentes peuvent être classés à l’état solide en réseaux en trois dimensions plus ou moins ordonnés. Ces réseaux jouent un rôle dans la perspective et dans les propriétés de substances solides. On peut distinguer trois types de réseaux:

Réseaux moléculaires
Dans un réseau moléculaire, les molécules covalentes doivent encore être considérées comme étant des entités délimitées: par exemple, dans la structure de la glace, on peut distinguer encore des molécules de H₂0 individuelles.

Réseau ionique
Dans un réseau ionique, les ions de charges opposées s’attirent l’un l’autre. Cette force d’attraction s’exerce dans toutes les directions. Pour cette raison, on obtient un réseau en trois dimensions dans lequel ne peuvent plus être distinguées des molécules délimitées.
Sur l'illustration, on représente la structure des composés:
NaCl (chlorure de sodium, A1 et A2 sur l'illustration)
CaF₂ (fluorure de calcium, B sur l'illustration)
CsCl (chlorure de césium, C sur l'illustration).
Dans des réseaux de ce type, on ne peut plus déterminer la capacité de liaison normale (valence normale) des atomes sur base de leur emplacement dans la classification périodique des éléments. Au lieu de cela, on utilise un nouveau concept, plus précisément le nombre de coordination qui indique le nombre d’ions limitrophes qui entourent un ion dans le réseau.

Réseau d’atomes métalliques
Un réseau d’atomes métalliques comprend des ions métalliques positifs maintenus ensemble par des électrons qui se déplacent librement entre les ions métalliques.
Sur l'illustration, on peut voir des représentations schématiques de réseaux d’atomes métalliques du fer (en haut à droite, D) et du cuivre (en bas à droite, E).
De même, dans des réseaux métalliques, les atomes métalliques ne s’empilent pas de manière arbitraire mais prennent des positions bien définies dans l’espace. Des arrangements de ce type sont représentés dans ce que l’on appelle des cellules unitaires qui se répètent de manière continue à travers le réseau.
Le fer métallique possède, à titre de cellule unitaire, un cube centré. Les atomes de fer sont disposés sur les 8 sommets du cube. En outre, un atome de fer se trouve au centre du cube. L’Atomium de Bruxelles représente un empilement d’atomes de fer de ce type. Les atomes de cuivre s’empilent également pour former un réseau cubique mais la cellule unitaire est maintenant un cube à faces centrées. On veut dire par là que les atomes de cuivre sont disposés sur les 8 sommets d’un cube et également au centre de chaque face de ce cube.

Empilements très denses de sphères
Si l’on admet que les atomes et les ions sont de forme approximativement sphérique et qu’ils tentent de se rapprocher le plus possible l’un de l’autre dans un réseau, on obtient des réseaux présentant ce que l’on appelle un empilement très dense de sphères. Les représentations de réseaux sous la forme d’empilements très denses de sphères donnent une image plus fidèle de la réalité, mais sont moins faciles à embrasser d’un seul coup d’œil. Pour pouvoir observer l’arrangement réciproque des atomes et des ions, on doit la plupart du temps démonter le modèle de réseau étape par étape, par exemple couche par couche. Sur l'illustration, on représente la structure du réseau de chlorure de sodium sous la forme d’une structure ouverte (A1) et sous la forme d’une représentation à empilement très dense de sphères (A2).