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La chimie et le sport
LE DLC, ENTRE LE DIAMANT ET LE GRAPHITE
Pour décrire le DLC, il faut entrer au cœur de la structure moléculaire de ce matériau,
examiner les liaisons chimiques qui la charpentent. Le DLC comporte des atomes de
carbone qui forment différents types de liaisons possibles avec d’autres atomes (carbone ou
hydrogène). Rappelons que le carbone peut se lier à quatre atomes voisins : il est alors tétravalent, c’est-à-dire qu’il forme, avec ces quatre voisins, un tétraèdre dont il est le centre.
En chimie quantique
* , on dit que l’atome de carbone entre en liaison chimique par son orbitale atomique 2s et ses trois orbitales 2p (p x , p y , p z ). Ces orbitales se combinent entre elles
(on dit « s’hybrident ») pour former des liaisons chimiques carbone-carbone plus stables.
Les combinaisons (hybridations) les plus fréquentes sont la formation par combinaison des
quatre orbitales d’origine, de quatre orbitales équivalentes orientées vers les sommets d’un
tétraèdre régulier – c’est l’hybridation sp
3
. Mais le carbone peut aussi se lier à seulement
trois voisins : il est dans ce cas trivalent et forme trois combinaisons à partir de s, p x , p y en
conservant p z inchangée – c’est l’hybridation sp
2
.
Dans le carbone pur (en tant que matériau), on peut avoir, pour tous les atomes de carbone,
l’hybridation sp
3 : c’est le cas du diamant (Figure 3 à gauche) ; les liaisons constituent alors
un réseau tridimensionnel aussi fortement connecté dans toutes les directions – la rupture
du solide est très diffi cile : sa dureté est maximale. Il existe aussi des solides où tous les
atomes de carbone sont en hybridation sp
2 ; les orbitales p z sont toutes parallèles entre elles
et les atomes forment des plans d’assemblages en hexagones. Ces plans pouvant relativement facilement glisser les uns sur les autres, nous avons affaire à faire à un corps mou :
c’est le graphite (Figure 3 à droite). Diamant et graphite sont des cristaux : ils présentent des
arrangements atomiques réguliers (on dit « périodiques »). Il existe aussi des formes non
cristallines du carbone pur, qu’on appelle amorphes. Elles contiennent des atomes dans les
Figure 3
Le DLC est un matériau dont les propriétés combinent la dureté du diamant et la souplesse du graphite.
La chimie et le sport
LE DLC, ENTRE LE DIAMANT ET LE GRAPHITE
Pour décrire le DLC, il faut entrer au cœur de la structure moléculaire de ce matériau,
examiner les liaisons chimiques qui la charpentent. Le DLC comporte des atomes de
carbone qui forment différents types de liaisons possibles avec d’autres atomes (carbone ou
hydrogène). Rappelons que le carbone peut se lier à quatre atomes voisins : il est alors tétravalent, c’est-à-dire qu’il forme, avec ces quatre voisins, un tétraèdre dont il est le centre.
En chimie quantique
* , on dit que l’atome de carbone entre en liaison chimique par son orbitale atomique 2s et ses trois orbitales 2p (p x , p y , p z ). Ces orbitales se combinent entre elles
(on dit « s’hybrident ») pour former des liaisons chimiques carbone-carbone plus stables.
Les combinaisons (hybridations) les plus fréquentes sont la formation par combinaison des
quatre orbitales d’origine, de quatre orbitales équivalentes orientées vers les sommets d’un
tétraèdre régulier – c’est l’hybridation sp
3
. Mais le carbone peut aussi se lier à seulement
trois voisins : il est dans ce cas trivalent et forme trois combinaisons à partir de s, p x , p y en
conservant p z inchangée – c’est l’hybridation sp
2
.
Dans le carbone pur (en tant que matériau), on peut avoir, pour tous les atomes de carbone,
l’hybridation sp
3 : c’est le cas du diamant (Figure 3 à gauche) ; les liaisons constituent alors
un réseau tridimensionnel aussi fortement connecté dans toutes les directions – la rupture
du solide est très diffi cile : sa dureté est maximale. Il existe aussi des solides où tous les
atomes de carbone sont en hybridation sp
2 ; les orbitales p z sont toutes parallèles entre elles
et les atomes forment des plans d’assemblages en hexagones. Ces plans pouvant relativement facilement glisser les uns sur les autres, nous avons affaire à faire à un corps mou :
c’est le graphite (Figure 3 à droite). Diamant et graphite sont des cristaux : ils présentent des
arrangements atomiques réguliers (on dit « périodiques »). Il existe aussi des formes non
cristallines du carbone pur, qu’on appelle amorphes. Elles contiennent des atomes dans les
Figure 3
Le DLC est un matériau dont les propriétés combinent la dureté du diamant et la souplesse du graphite.