Qu’est-ce que le polymorphisme et l’allotropie – Définition

Un matériau cristallin est un matériau dans lequel les atomes sont situés dans un réseau répétitif ou périodique sur de grandes distances atomiques, c’est-à-dire qu’il existe un ordre à longue portée, tel que lors de la solidification, les atomes se positionneront dans un motif tridimensionnel répétitif, en où chaque atome est lié à ses atomes voisins les plus proches. Tous les solides ne sont pas des monocristaux. Par exemple, lorsque l’eau liquide commence à geler, le changement de phase commence par de petits cristaux de glace qui se développent jusqu’à fusionner, formant une structure polycristalline. Dans le bloc de glace final, chacun des petits cristaux (appelés « grains« ) est un vrai cristal avec un arrangement périodique d’atomes, mais l’ensemble du polycristal n’a pas d’arrangement périodique d’atomes, car le motif périodique est brisé au joints de grains.

Polymorphisme et allotropie

Certains matériaux cristallins peuvent avoir plus d’une structure cristalline , un phénomène connu sous le nom de polymorphisme. Le polymorphisme est l’apparition de plusieurs formes cristallines d’un matériau. Selon les règles d’équilibre des phases de Gibbs, ces phases cristallines uniques dépendent de variables intensives telles que la pression et la température. Le polymorphisme est lié à l’ allotropie, qui fait référence aux éléments chimiques. Cela signifie que le polymorphisme est le terme le plus général utilisé pour tout matériau cristallin, y compris les alliages et les éléments chimiques. Chaque polymorphe est en fait un état solide thermodynamique différent et les polymorphes cristallins du même composé présentent des propriétés physiques différentes, telles que la vitesse de dissolution, la forme (angles entre les facettes et taux de croissance des facettes), le point de fusion, etc. Pour cette raison, le polymorphisme est de importance majeure dans la fabrication industrielle des produits cristallins.

Un exemple familier se trouve dans le carbone. Le graphite (un solide mou, noir et floconneux, un conducteur électrique modéré) est le polymorphe stable dans les conditions ambiantes, tandis que le diamant (un cristal extrêmement dur et transparent, avec les atomes de carbone disposés dans un réseau tétraédrique. Un mauvais conducteur électrique. Un excellent conducteur thermique.) se forme à des pressions extrêmement élevées.

De plus, le fer pur a une structure cristalline BCC à température ambiante, qui se transforme en fer FCC à 913 °C. Le zirconium est HCP (alpha) jusqu’à 863 °C, où il se transforme en forme BCC (bêta, zirconium). Le problème est que ces transitions de phase rendent ce matériau  très cassant.

Voir aussi: Oxydation à la vapeur à haute température des alliages de zirconium

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
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Voir au dessus:

Structure cristalline