cristal

3.7

Rhomboédrique

Ce système comprend quatre axes comme le système hexagonal, mais le quatrième axe est d'ordre 3 (structure symétrique par rotation de 120°). L'élément de base est un parallélépipède dont toutes les faces sont des losanges.

Certains éléments et composés peuvent cristalliser dans deux systèmes différents créant des substances qui, bien qu'identiques dans leur composition chimique, sont différentes dans pratiquement toutes leurs propriétés physiques. Par exemple, le carbone cristallise dans le système cubique pour former le diamant et dans le système hexagonal pour former le graphite. Bien que le diamant appartienne au même système que le sel et le grenat, sa classe de symétrie est différente. Il cristallise sous forme de tétraèdre (4 faces) ou d'octaèdre (8 faces). Le sel et le grenat peuvent cristalliser sous forme d'octaèdres, mais pas de tétraèdres.

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Autres propriétés des cristaux

À l'habitus d'un minéral sont associées de nombreuses autres propriétés fondées sur la structure cristalline. Par exemple, l'argentite, un minerai d'argent courant, cristallise dans la même classe que le grenat et le sel, mais se présente habituellement en masses cryptocristallines irrégulières. La fluorine (ou fluorite), un autre minéral courant, cristallise également dans la même classe et se développe habituellement en cubes. Quand on la fracture, la fluorine se clive en fragments octaédriques parfaits. Le sel se clive en fragments cubiques, mais le grenat ne présente pas de plan de clivage bien marqué. Certaines substances ont tendance à former des cristaux multiples, qui se développent les uns sur les autres.

Les extrémités de certains cristaux, quand ils sont soumis à une pression, acquièrent des charges électriques ; d'autres développent des charges identiques sous l'effet de la chaleur. Ces phénomènes de piézo-électricité et pyroélectricité sont très développés dans le quartz. Pour cette raison, on utilise les cristaux de quartz dans les sonars et dans de nombreux types d'appareils radio. Les propriétés semi-conductrices des cristaux de germanium et de silicium sont mises à profit dans les transistors pour amplifier le courant électrique. Un autre appareil électronique, la cellule photoélectrique, utilise un cristal de sulfure de silicium ou de cadmium pour convertir les rayons du soleil en énergie électrique (voir solaire, énergie).

On a beaucoup travaillé, ces dernières années, sur la fabrication de monocristaux à partir de ces corps de structure habituellement cryptocristalline. Par exemple, des cristaux métalliques de grandes dimensions peuvent être fabriqués selon divers procédés. La méthode la plus simple, celle du bain fondu, consiste à fondre la substance métallique dans un creuset conique, puis à retirer lentement le creuset hors du four, pointe du cône en avant.

Si les conditions adéquates sont réunies, un germe se forme, à la pointe du cône, puis se développe jusqu'à emplir entièrement le récipient. De tels monocristaux diffèrent souvent, de façon marquée, des métaux sous leur forme habituelle.

On produit maintenant, notamment grâce à la technique de l'épitaxie par jets moléculaires, des cristaux très purs aux caractéristiques spécifiques qui trouvent leur emploi dans l'élaboration des composants à semi-conducteurs et des circuits intégrés.

Quand des rayons X traversent les atomes symétriquement orientés d'un cristal, ces atomes agissent comme un réseau de diffraction, infléchissant les rayons suivant un motif régulier. Les clichés photographiques de ces motifs permettent de déterminer de nombreuses propriétés du cristal.

Deux techniques, en particulier, la production d'images au moyen des microscopes électroniques en transmission et les procédés à émission ionique de champ, révèlent la structure du réseau atomique cristallin.

Un postulat de la cristallographie a longtemps affirmé qu'il n'existait aucune structure cristalline présentant une symétrie d'ordre 5, c'est-à-dire quintuple ou pentagonale, car une telle symétrie est incompatible avec la propriété d’invariance par translation requise pour former des cristaux. En 1984, toutefois, Danny Shechtman, Ilan Blech, Denis Gratias et John-Werner Cahn ont découvert un alliage d'aluminium et de manganèse qui semble contredire cette règle. La figure de diffraction de cet alliage présente la symétrie rotationnelle d'un icosaèdre, ou solide à 20 faces, avec 10 axes de symétrie rotationnelle d'ordre 3 et 6 autres d'ordre 5.

Cette découverte montre qu’il existe une autre organisation de la matière solide, distincte des formes cristalline et vitreuse : les quasicristaux.