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GEOMETRIE DES CRISTAUX DE SILICIUM

 

Le cristal covalent de silicium

 

          La structure électronique du silicium lui permettant d'établir quatre liaisons, le silicium, quand il est pur, cristallise en liant ses atomes entre eux avec des liaisons covalentes. Chaque atome de silicium est donc lié à quatre autres atomes de silicium. Il cristallise alors comme tous les autres atomes de la colonne XIV selon une maille de type diamant. La maille diamant est une maille dérivée du réseau cubique à faces centrées. Elle s'obtient autrement par un empilement de huit réseaux cubiques centrées où seul un tétraèdre d'un réseau sur deux est occupé par des atomes en ses sommets et en son centre.

Seuls les quatre tétraèdres bleus seront occupés par des atomes.

Ils seront alors occupés de la sorte: un atome à chacun de leur sommet, et un au centre. Notons que l'atome central ne peut plus établir de liaison, puis qu'il "partage" déjà ses quatre électrons avec les quatre atomes de silicium aux alentours.

On obtient alors la maille de type diamant ci-dessus.

Le quartz, un cristal ionique de la famille des silicates

 

              En s'associant avec quatre ions oxydes (O  ), un ion de silicium va créer un tétraèdre de formule [SiO4] .

4-

2-

Tétraèdre de base des silicates

            Les silicates représentent les solides formés par empilement de ces tétraèdres, qui ne peuvent s'associer qu'en mettant en commun un des ions oxydes occupant un sommet, et donc ne seront jamais liés ni par leurs arêtes, ni par leurs faces. On peut classer les silicates en fonctionde l'agencement des tétraèdres qui les composent, comme ci-dessous.

CLASSIFICATION STRUCTURALE DES SILICATES

LES NESOSILICATES : olivine, zicron...

[SiO4]

4-

LES CYCLOSILICATES : tourmaline, béryl ...

[Si6O18]

6-

LES INOSILICATES EN CHAINE DOUBLE (ou RUBAN) : amphiboles

[Si4O11]

6-

LES SOROSILICATES : mélilite

[Si2O7]

6-

LES INOSILICATES EN CHAINE SIMPLE : pyroxènes

[Si2O6]

4-

LES PHYLLOSILICATES : micas, argiles, serpentine...

[Si4O10]

4-

LES TECTOSILICATES : Quartz, Feldspaths...

[SiO2]

            Le quartz appartient donc à la famille des tectosilicates, et les ions de silicium et d'oxygène cristallisent dans un système dérivé du système hexagonal et du système rhomboédrique: le système trigonal. Il s'agit d'un rhomboedre décalé et que l'on peut situer dans un système hexagonal comme ci-dessous.

Le système trigonal

La maille du quartz, sous différents angles, et son paramètre de maille

Si l'on visualise les tétraèdres des silicates, on s'aperçoit que le quartz rentre dans la famille des tectosilicates

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