Cours de chimie du solide C122 M. Nohair

Les solides covalents

I. Introduction

Un solide covalent est caractérisé par des liaisons covalentes. En général, les

cristaux covalents sont constitués par des atomes de même type, c'est le cristal

qui forme la notion de la molécule. La liaison est assuré par un recouvrement des

orbitales atomiques.

La liaison est de forte énergie

Les électrons des liaisons sont généralement immobiles, donc un solide covalent

est mauvais conducteur

Des composés de type AB peuvent être des solides covalents si ils ont des

électronégativité très rapprochées

Si ΔX > 2 caractère ionique

Si ΔX < 2 caractère covalente

A titre d'exemple, nous étudions le carbone en tant que solide covalent. Il existe

sous forme de trois variétés allotropiques

II.Le carbone diamant

II.1. Description de la structure

La maille est cubique, les atomes du carbones forment un réseau cubique à faces

contrées, auquel se rajoute la moitié des sites tétraédriques

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II.2. Motif cristallin, Coordinence et compacité

CFC : 4 atomes

1/2 sites tétraédriques : 4 atomes

Donc, il y a 8 atomes dans la maille

Chaque atome est entouré par 4 autres atomes de carbones, le carbone est

hybridé sp3

Les atomes de carbones se positionnent tangentiellement le long de la grande

diagonale dc-c = a3/4 = 2*r

Donc:

La valeur de la compacité est faible, en fait le réseau CFC n'est pas compact

Masse volumique ( a=3.35 Å) = 3.56 g.cm-3

Le point de fusion du carbone diamant est très élevée (Ec-c=344Kj.mol-1, Tf =

2400°C)

Le carbone diamant est très dur

Le carbone diamant n'est pas conducteur

II. Le carbone graphite

III.1. Description de la maille

La maille est hexagonale, le réseau est formé par des feuillets d'atomes de

carbone hybridé sp2, les feuillets sont distants de 3.35Å

Chaque feuillet est formé par des atomes de carbones formant des hexagones,

et fortement lié (dc-c=1.41 Å). Chaque plan constitue un système non saturé

conjugué dans lequel les doublets sont délocalisés

34%a

/8)3(a**4/3*8

a

r**4/3*8/100

3

3

3

3

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II.2. Motif cristallin, coordinence, masse volumique et compacité

Chaque atome est entouré par trois atomes de carbone, le carbone est de type

sp2

Nombre de motif par maille: 12 atomes aux sommets * 1/6

3 aux milieux des arêtes *1/3

1 au centre * 1

= 4 atomes de carbone

Masse volumique (a= 1.41 Å, c= 2*3.35 Å)

V= 3a2csin2/3

= 2.28 g.cm-3

Les électrons sont délécolalisés, ce qui implique une forte conductivité

parallèle au plans. Les électrons passent difficilement d'un plan à un autre

Le graphite est tendre car les atomes appartenant à deux plans ne sont pas liées

par des liaisons fortes (interaction de type de Van der Waals)

Nous pouvons représenter une maille du carbone graphite par une autre manière,

plus simple, le schéma ci dessous résume cette nouvelle représentation

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III. le carbone 60, fullérène

La maille est cubique, les molécule sont formés par 60 atomes de carbones, ils

cristallisent dans le réseau CFC. La molécule C60 est un assemblage d'atomes de

carbones en hexagone, pentagones, carré. Les liaisons peuvent être saturés ou

non

[5]fullerene-C20-Ih [4,6]fullerene-C24-Oh

[5,6]fullerene-C60-Ih

Fullerene structures in saturated and unsaturated forms

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