Retour Le critère géométrique  


Le tableau I rappelle la limite théorique déduite des rayons utiles des sites [4], [6] et [8] formés dans les empilements compacts et semi-compacts.

Tableau I : R rayon de l’espèce créant le site.

Valeur limite
du rayon disponible r

On rappelle que les anions sont en général plus gros que les cations de numéro atomique Z voisin; l'arrangement va dépendre essentiellement de l'espèce la plus grosse (qui va créer les sites). Le type structural adopté par les composés ioniques sera donc déterminé par le rapport entre les rayons des espèces en présence (rayon du cation/ rayon de l’anion - critère géométrique) fixant ainsi la coordinence du cation.
I - Les structures de type AX
λLe tableau II rassemble les données géométriques des ions participant aux structures ioniques de type AX ainsi que la valeur du rapport   rayon du cation/ rayon de l’anion pour la structure type choisie pour représenter ce type de coordinence.

Tableau II
 

ZnS  [4] blende

NaCl  [6]

CsCl  [8]


0.25

0.52

0.93


Le type structural adopté par les composés ioniques de type AX (quel que soit X= O2-, S2-, F-., N3-... et A un métal dont le degré d’oxydation conduit au motif formulaire AX ) sera déterminé par ce rapport (critère géométrique) fixant ainsi la coordinence du cation.
Le cas des halogénures alcalins est décrit dans le tableau III à gauche (les types structuraux NaCl et CsCl sont zonés plus foncé) et le tableau de droite donne des exemples d’oxydes et sulfures.

Tableau III
 

Li

Na

K

Rb

Cs

   

Type structural

C.N.

M

F

0.44

0.70

0.98

1.09

1.23

 

MO

NaCl

6

Mg, Ca, Ba, Cd, Ti, Zr, Fe, Co, Ni

Cl

0.33

0.52

0.73

0.82

0.93

 

ZnS Wurtzite

4

Be, Zn

Br

0.31

0.49

0.68

0.76

0.87

 

MS

NaCl

6

Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Ti, Zr, Mn, Pb, Ln, U

I

0.28

0.44

0.62

0.69

0.78

 

ZnS Blende

4

Be, Zn, Cd, Hg

 

II - Les structures de type AX2
Le même critère géométrique va évidemment s'appliquer aux composés de type AX2. La seule différence se trouve dans le fait qu'il y a 2 fois plus d'anions que de cations (sauf pour la structure anti-fluorine type Cu2O – situation inverse).
Le tableau IV rassemble les données géométriques des ions participant aux structures ioniques de type AX2 ainsi que la valeur du rapport  (rayon du cation/ rayon de l’anion) pour la structure-type choisie pour représenter ce type de coordinence.

Tableau IV
 

SiO2  [4]
β-cristoballite

TiO2  [6]
rutile

CaF2  [8]
fluorine

0.25

0.52

0.93



III - Dans la structure pérovskite ABX3
Le facteur de tolérance de Goldschmidt t rend compte de l'influence des rayons ioniques sur la structure cristalline adoptée par les composés du type ABX3.
Ce facteur exprime la condition de tangence simultanée entre ions premiers voisins:
  • entre l'ion A au centre de la maille [12] et l'ion X au milieu d'une arête,

  • entre l'ion B au sommet de la maille [6] et ce même ion X .
Le tableau suivant donne des exemples des variantes structurales adoptées suivant la valeur du facteur de tolérance t
(la valeur t=1 correspond au cas idéal où les ions A et X, B et X sont respectivement tangents entre eux):

Valeurs de t

Symétrie

Structure type

0.85...0.87

Quadratique

KCdF3

0.88....1.0

Cubique

KNiF3
1.00....1.06

Hexagonale

BaTiO3


Dernière mise à jour : 9/11/04