Cristaux

TH1 : Une longue histoire de la matière

1.2 Des édifices ordonnés : les cristaux 

Le chlorure de sodium solide (présent dans les roches, ou issu de l’évaporation de l’eau de mer) est constitué d’un empilement régulier d’ions : c’est l’état cristallin.

Plus généralement, une structure cristalline est définie par une maille élémentaire répétée périodiquement. Un type cristallin est défini par la forme géométrique de la maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent. Les cristaux les plus simples peuvent être décrits par une maille cubique que la géométrie du cube permet de caractériser. La position des entités dans cette maille distingue les réseaux cubique simple et cubique à faces centrées. La structure microscopique du cristal conditionne certaines de ses propriétés macroscopiques, dont sa masse volumique.

Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes. 

Ainsi les minéraux se caractérisent par leur composition chimique et leur organisation cristalline. Une roche est formée de l’association de cristaux d’un même minéral ou de plusieurs minéraux. 

Dans le cas des solides amorphes, l’empilement d’entités se fait sans ordre géométrique. C’est le cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d’une lave.

Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (coquille, squelette, calcul rénal, feuilles etc.).

Ainsi, un cristal est un solide dont les constituants (atomes, molécules ou ions) sont assemblés de manière régulière, et dont le motif élémentaire est appelé maille (dont la forme peut varier pour une même formule : CaCo3 et mailles de l'aragonite et de la calcite), organisés en réseau cristallin, par opposition au solide amorphe (verre). Les cristaux les plus simples ont une maille cubique (ex : NaCl)

Les cristaux ont une importance majeure, tant pour la connaissance de la nature car on les trouve dans notre environnement minéral (minerais, minéraux, roches, pierres précieuses, neige) et biologique (squelette, coquilles, tests, calculs, dans certaines feuilles…), que pour ses applications techniques.