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Chapitre 4 : Structure électronique des solides. Oxydes
Exercice 4.2. Diagramme de bandes de le la silice SiO 2
Établir un diagramme de bandes simplifié du dioxyde de silicium SiO 2 ,
dans lequel le silicium est localisé sur des sites tétraédriques.
Le silicium, de structure électronique 3s
2 3p
2 , occupe les sites tétraédriques
du sous-réseau oxygène, en raison du rapport ρ des rayons ioniques (0,33) et
de sa tendance à l’hybridation sp
3 de ses orbitales atomiques. De son côté,
l’oxygène présente une coordination deux qui implique une hybridation s-p z
de ses OA s et p z , les OA p x et p y restant sans interaction dans une première
approximation. Les liaisons Si-O peuvent s’interpréter par une bande liante
σ s−p , acceptant 4 × 2 électrons = 8 électrons par unité formulaire, et une
bande antiliante σ
∗
s−p . On peut alors esquisser le diagramme suivant :
Les 4 électrons du silicium et les 2 × 6 électrons des 2 atomes d’oxygène,
soit en tout 16 électrons, vont se répartir de la manière suivante : 8 électrons
dans la bande σ s−p et 8 électrons qui se placent sur les 4 niveaux p x,y , ainsi
totalement occupés. Ces niveaux sont l’équivalent de la bande de valence.
On peut aussi imaginer une interaction entre les OA p x,y et les OA d π
du silicium, vides ; dans ce cas, il va se former une bande liante π d−p pleine
et une bande π
∗ antiliante vide. Cette interaction est particulièrement nette
dans SiF 4 et se traduit par une diminution des distances Si-F (Chimie des
solides : chapitre 1, p. 5).
Chapitre 4 : Structure électronique des solides. Oxydes
Exercice 4.2. Diagramme de bandes de le la silice SiO 2
Établir un diagramme de bandes simplifié du dioxyde de silicium SiO 2 ,
dans lequel le silicium est localisé sur des sites tétraédriques.
Le silicium, de structure électronique 3s
2 3p
2 , occupe les sites tétraédriques
du sous-réseau oxygène, en raison du rapport ρ des rayons ioniques (0,33) et
de sa tendance à l’hybridation sp
3 de ses orbitales atomiques. De son côté,
l’oxygène présente une coordination deux qui implique une hybridation s-p z
de ses OA s et p z , les OA p x et p y restant sans interaction dans une première
approximation. Les liaisons Si-O peuvent s’interpréter par une bande liante
σ s−p , acceptant 4 × 2 électrons = 8 électrons par unité formulaire, et une
bande antiliante σ
∗
s−p . On peut alors esquisser le diagramme suivant :
Les 4 électrons du silicium et les 2 × 6 électrons des 2 atomes d’oxygène,
soit en tout 16 électrons, vont se répartir de la manière suivante : 8 électrons
dans la bande σ s−p et 8 électrons qui se placent sur les 4 niveaux p x,y , ainsi
totalement occupés. Ces niveaux sont l’équivalent de la bande de valence.
On peut aussi imaginer une interaction entre les OA p x,y et les OA d π
du silicium, vides ; dans ce cas, il va se former une bande liante π d−p pleine
et une bande π
∗ antiliante vide. Cette interaction est particulièrement nette
dans SiF 4 et se traduit par une diminution des distances Si-F (Chimie des
solides : chapitre 1, p. 5).