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Structures des Solides simples inorganiques (2) par Dr S.J. Heyes
Traduction et adaptation (ajoût des modèles dynamiques): Pr C. Jacoboni - Université du Maine

Lecture 2. Description des structures 'ioniques' simples.

1. Ions et structures ioniques

2. 'Structures ioniques' dérivant de l'occupation de sites intersticiels dans les empilements compacts

3. Structures décrites à partir de polyèdres connectés

4. Description de quelques structures très connues
NaCl   - Chlorure de sodium ZnS   (Wurtzite)
CaF2 Fluorine (Na2O Anti-Fluorine) CdI2
ZnS   (Blende/Sphalerite) CsCl
Structures dérivant de NaCl et CaF2 MoS2
NiAs CdCl2   - Chlorure de cadmium

 

Des structures 'ioniques ou non' peuvent dériver
de l'occupation de sites intersticiels dans les empilements compacts

 

Quelques structures binaires dérivant du remplissage des sites
dans les empilements cubique faces centrées (CCP) et hexagonal compact (HCP)

Formule Type et fraction des sites occupés CCP HCP
AB Tous les sites octaédriques NaCl  Chlorure de sodium NiAs  Arseniure de Nickel
La moitié des sites tétraédriques ZnS  Blende     (Sphalerite) ZnS  Wurtzite

AB2
Tous les sites tétraédriques Na2O  Anti-Fluorine
CaF2  Fluorine

inconnu
AB3 Tous les sites octaédriques
& tétraédriques		 Li3Bi inconnu
A2B La moitié des sites octaédriques
(couches alternativement remplies ou vides)		 CdCl2   Chlorure de Cadmium CdI2   Iodure de Cadmium
La moitié des sites octaédriques
(arrangement ordonné)		 TiO2  Anatase TiO2  Rutile
A3B Le tiers des sites octaédriques
Couches alternées 2/3 pleines/vides		 CrCl3   Trichlorure de chrome BiI3   Triiodure de bismuth

 

Le remplissage des sites ne se produit pas seulement avec des atomes.
Les molécules C60 sont disposées en un arrangement cubique faces centrées. Si C60 est réduit par du potassium, il forme des composés comme K3C60 dans lequel l'ensemble C603- forme un réseau cfc dans lequel les ions K+ occupent tous les ites octaédriques et tétraédriques.

Représentations polyédriques

En définissant l'environnement de coordination comme un polyèdre

La représentation polyédrique des structures s'obtient en reliant les polyèdres de coordination entre eux

Structures dérivant
De l'empilement Cubique Faces Centrées (CCP)

NaCl  Rock Salt (Chlorure de sodium)

Description de la structure
  • Cl- (CCP) avec Na+ dans tous les sites octaédriques
  • Réseau:F
  • Motif: Cl en (0,0,0); Na en (1/2,0,0)
  • 4 NaCl dans la maille
  • Coordination: 6:6 (octaédrique)
  • Les sites des cations et des anions sont topologiquement identiques
Composés de type NaCl
  • Très communs (inc. 'ioniques', 'covalents' & 'intermetalliques' )
  • La plupart des halogénures alcalins
    (CsCl, CsBr, CsI exceptés)
  • Beaucoup d'oxydes / sulfures des alcalino-terreux
  • Nombreux nitrures, phosphures, hydrures (e.g. ZrN,TiC, NaH)

CaF2 Fluorine / {Na2O Anti-Fluorine}


Description de la structure
  • Ca2+ (CCP) avec F- dans tous les sites tétraédriques
  • Réseau: cfc
  • Motif: Ca2+ à (0,0,0);
    2F- à (1/4,1/4,1/4) & (3/4,3/4,3/4)
  • 4 CaF2 par maille
  • Coordination: Ca2+: 8 (cubique)
    F-: 4 (tétraédrique)
  • Dans la structure Anti-fluorine, les positions des cations et des anions sont inversées
Composés de type CaF2
  • Fluorures des gros cations divalents, chlorures de Sr, Ba
  • Oxydes des gros cations tétravalents (Zr, Hf,Ce, Th, U)
Composés de type Na2O
  • Oxydes /chalgogénures des métaux alcalins

 

ZnS  Blende (Sphalerite)

Description de la structure
  • S2- (CCP) avec Zn2+ dans la moitié des sites tétraédriques (seulement les sites T+ sont remplis)
  • Réseau: cfc
  • 4 ZnS par maille
  • Motif: S à (0,0,0); Zn à (1/4,1/4,1/4)
  • Coordination: 4:4 (tétraédrique)
  • Les sites cationiques et anioniques sont topologiquement identiques
Composés de type ZnS (Blende)
  • Formés à partir de cations polarisants (Cu+, Ag+, Cd2+, ...)
      et d'anions polarisables
      (I-, S2-, P3-, ...);

    e.g. Cu(F,Cl,Br,I), AgI, Zn(S,Se,Te), Ga(P,As), Hg(S,Se,Te)

Structures dérivant des types NaCl et CaF2

 

Structures dérivant de l'empilement hexagonal compact (hcp)

NiAs - Arseniure de nickel


Description de la structure
  • As (HCP) avec Ni dans tous les sites octaédriques
  • Réseau: Hexagonal - P
  • a = b,  c =sqrt(8/3)a
  • Motif:
    2Ni à (0,0,0) & (0,0,1/2)
    2As à (2/3,1/3,1/4) & (1/3,2/3,3/4)
  • 2 NiAs par maille
  • Coordination:
    Ni: 6 (octaédrique)
    As: 6 (prisme trigonal)
Composés de type NiAs
  • Métaux de transition avec des chalcogènes, As, Sb, Bi

    e.g. Ti(S,Se,Te); Cr(S,Se,Te,Sb); Ni(S,Se,Te,As,Sb,Sn)

 

ZnS Wurtzite
Description de la structure
  • S (HCP) aves Zn dans la moitié des sites tétraédriques
  • Réseau: Hexagonal - P
  • a = b, c Å Ã(8/3)a
  • Motif:
    2S à (0,0,0) & (2/3,1/3,1/2);
    2Zn à (2/3,1/3,1/8) & (0,0,5/8)
  • 2 ZnS par maille
  • Coordination: 4:4 (tétraédrique)

 

Comparaison de la Wurtzite et de la Blende








 

CdI2 Iodure de Cadmium
Description de la structure
  • I (HCP) avec Cd dans des couches alternées de sites octaédriques
  • Réseau: Hexagonal - P
  • Motif:
    Cd à (0,0,0)
    2I à (2/3,1/3,1/4) & (1/3,2/3,3/4)
  • 1 CdI2 par maille
  • Coordination:
    Cd: 6 (octaédrique)
    I: 3 (pyramide triangulaire)
Composés de type CdI2
  • Iodures des cations modéremment polarisants ; bromures et chlorures de cations fortement polarisants;

    e.g. PbI2, FeBr2, VCl2

  • Hydroxydes de nombreux cations divalents

    e.g. (Mg,Ni)(OH)2

  • Di-chalcogénures de nombreux cations tétravalents

    e.g. TiS2, ZrSe2, CoTe2

 

STRUCTURES NON COMPACTES

CsCl - Chlorure de Cesium
Description de la structure
  • Réseau: Cubique - P (N.B. Primitive!)
  • Motif: Cl à (0,0,0); Cs à (1/2,1/2,1/2)
  • 1 CsCl par maille
  • Coordination: 8:8 (cubique)
Composés de type CsCl
  • Chlorures, bromures et iodures des cations les plus gros

    e.g. Cs+, Tl+, NH4+

 

MoS2 - Molybdenite

Description de la structure
  • Note:Les couches hexagonales d'atomes de S ne sont pas compactes
  • Réseau: Hexagonal - P
  • Motif:
    2Mo à (2/3,1/3,3/4) & (1/3,2/3,1/4)
    4S à (2/3,1/3,1/8), (2/3,1/3,3/8), (1/3,2/3,5/8) & (1/3,2/3,7/8)
  • 2 MoS2 par maille
  • Coordination:
    Mo: 6 (Prisme trigonal)
    S: 3 (pyramide triangulaire)
Comparaison de MoS2 et CdI 2

 

CdCl2 - Chlorure de cadmium

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© S.J.Heyes, Oxford, 1996                            Traduction -Adaptation (ajoût des modèles dynamiques): Pr C. Jacoboni, Université du Maine, 1998

Dernière mise à jour : 14/07/02