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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 12 — #20
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
graphite, est un exemple de ce type de structure.
Le solide cristallin donne lieu à un étude précise en deuxième période (voir chapitre 6, Le
solide cristallin).
Existence de variétés allotropiques
Ce paragraphe est en lien direct avec le paragraphe précédent. Certains solides peuvent exister sous plusieurs formes cristallines aux propriétés physiques pouvant se révéler très différentes alors que la seule modification structurale provient de la disposition spatiale relative
des atomes de la phase solide. On parle de variétés allotropiques, formes allotropiques, ou
allotropes. Les espèces chimiques présentant la propriété d’exister sous plusieurs variétés
allotropiques sont dites polymorphes.
Ainsi, le carbone solide peut exister notamment sous forme de diamant ou de graphite. Le diamant est un matériau d’une très grande dureté, isolant électrique, utilisé par exemple comme
abrasif durable ou couche protectrice des trépans (forets dans l’industrie pétrolière). Le graphite est un solide noir, conducteur électrique, utilisé par exemple dans les mines de crayons.
Dans les cristaux métalliques, il peut exister plusieurs variétés allotropiques d’un même élément chimique. Elles sont en général repérées par une lettre grecque. On rencontre ainsi le
fer α et le fer γ qui se distinguent par l’arrangement des atomes dans le cristal.
Solide amorphe
Lorsqu’on refroidit rapidement un liquide visqueux, on assiste à la formation d’une structure rigide avant que les molécules n’aient eu le temps de s’orienter de façon régulière et
ordonnée. Il s’agit d’un liquide désordonné figé par le froid. De tels matériaux sont appelés solides amorphes, ou solides vitreux. Les solides amorphes se distinguent par l’absence
d’un point de fusion net. Un exemple typique de solide de ce type est le verre, obtenu par
solidification de la silice fondue. De nombreux polymères donnent lieu à l’état solide à la
formation de solides amorphes.
Solide semi-cristallin
La situation du solide semi-cristallin peut être observée dans le cas de phases solides polymères. En effet, la majorité des polymères est incapable de former un solide entièrement cristallin et présente une phase solide intermédiaire entre le solide cristallin et le solide amorphe.
Cet état est appelé état semi-cristallin.
Le taux de cristallinité massique (x m ) correspond à la masse de polymère à l’état cristallin
(m c ) rapportée à la masse totale de polymère (m t ) :
x m =
m c
m t
.
Lorsque le taux de cristallinité est faible, il se forme des domaines de petites dimensions appelés cristallites dispersés dans une matrice amorphe. Ces cristallites correspondent à l’arrangement régulier et ordonné des molécules de polymères. Lorsque le taux de cristallinité
est élevé, les zones cristallines s’organisent sous forme de lamelles, la phase amorphe étant
rejetée en dehors de ces zones lamellaires.
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
graphite, est un exemple de ce type de structure.
Le solide cristallin donne lieu à un étude précise en deuxième période (voir chapitre 6, Le
solide cristallin).
Existence de variétés allotropiques
Ce paragraphe est en lien direct avec le paragraphe précédent. Certains solides peuvent exister sous plusieurs formes cristallines aux propriétés physiques pouvant se révéler très différentes alors que la seule modification structurale provient de la disposition spatiale relative
des atomes de la phase solide. On parle de variétés allotropiques, formes allotropiques, ou
allotropes. Les espèces chimiques présentant la propriété d’exister sous plusieurs variétés
allotropiques sont dites polymorphes.
Ainsi, le carbone solide peut exister notamment sous forme de diamant ou de graphite. Le diamant est un matériau d’une très grande dureté, isolant électrique, utilisé par exemple comme
abrasif durable ou couche protectrice des trépans (forets dans l’industrie pétrolière). Le graphite est un solide noir, conducteur électrique, utilisé par exemple dans les mines de crayons.
Dans les cristaux métalliques, il peut exister plusieurs variétés allotropiques d’un même élément chimique. Elles sont en général repérées par une lettre grecque. On rencontre ainsi le
fer α et le fer γ qui se distinguent par l’arrangement des atomes dans le cristal.
Solide amorphe
Lorsqu’on refroidit rapidement un liquide visqueux, on assiste à la formation d’une structure rigide avant que les molécules n’aient eu le temps de s’orienter de façon régulière et
ordonnée. Il s’agit d’un liquide désordonné figé par le froid. De tels matériaux sont appelés solides amorphes, ou solides vitreux. Les solides amorphes se distinguent par l’absence
d’un point de fusion net. Un exemple typique de solide de ce type est le verre, obtenu par
solidification de la silice fondue. De nombreux polymères donnent lieu à l’état solide à la
formation de solides amorphes.
Solide semi-cristallin
La situation du solide semi-cristallin peut être observée dans le cas de phases solides polymères. En effet, la majorité des polymères est incapable de former un solide entièrement cristallin et présente une phase solide intermédiaire entre le solide cristallin et le solide amorphe.
Cet état est appelé état semi-cristallin.
Le taux de cristallinité massique (x m ) correspond à la masse de polymère à l’état cristallin
(m c ) rapportée à la masse totale de polymère (m t ) :
x m =
m c
m t
.
Lorsque le taux de cristallinité est faible, il se forme des domaines de petites dimensions appelés cristallites dispersés dans une matrice amorphe. Ces cristallites correspondent à l’arrangement régulier et ordonné des molécules de polymères. Lorsque le taux de cristallinité
est élevé, les zones cristallines s’organisent sous forme de lamelles, la phase amorphe étant
rejetée en dehors de ces zones lamellaires.
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