E1 Structure cristalline et liaison ionique-covalente

Topique

La nature mixte des liaisons chimiques d'une céramique — à la fois ioniques et covalentes — est le point de départ de ce modèle, et son effet ultime est la fragilité caractéristique de la céramique : une fragilité résultant de la combinaison de deux aspects distincts de la structure cristalline, l'un provenant de la liaison chimique elle-même et l'autre de la géométrie dans laquelle les ions sont agencés les uns par rapport aux autres. Puisque cette fragilité résulte de la combinaison de deux aspects distincts, elle ne peut être expliquée en considérant un seul d'entre eux. Nous développerons d'abord l'aspect provenant de la liaison.

Cette liaison iono-covalente possède un degré de caractère ionique, mesuré à l'aide de la règle de Pauling. Plus la différence d'électronégativité entre les atomes de la liaison est grande, plus le caractère ionique est marqué ; une différence plus faible, plus la liaison est covalente.

Une liaison ionique plus forte entraîne une énergie réticulaire plus élevée : plus la liaison entre les ions formant la structure est ionique, plus l'attraction électrostatique entre eux est forte, et plus l'énergie réticulaire accumulée par le cristal est importante.

L'autre facteur contribuant à la fragilité des céramiques provient de la géométrie de l'agencement de ces ions : le rapport entre le rayon du cation et celui de l'anion détermine le nombre de coordination, c'est-à-dire le nombre d'ions voisins de charge opposée entourant chaque ion au sein de la structure cristalline. Un rapport cation/anion élevé (un cation plus grand que l'anion) permet à un plus grand nombre d'anions de se loger autour de chaque cation, augmentant ainsi le nombre de coordination ; un rapport plus faible permet à un nombre réduit d'anions de se loger, et diminue le nombre de coordination. Le fait que l'énergie réticulaire due au caractère ionique de la liaison et le nombre de coordination, issu du rapport des rayons cation/anion, agissent conjointement – ​​et non séparément – ​​signifie que, ensemble, ils déterminent la fragilité caractéristique des céramiques, comme l'avait anticipé ce modèle : aucun de ces facteurs, pris isolément, ne suffit à expliquer cette fragilité.

Par conséquent, cette fragilité caractéristique des céramiques, qui découle de la nature mixte de la liaison chimique à l'origine de ce modèle, éclaire conceptuellement un autre modèle de cet ensemble, celui qui décrit les propriétés mécaniques fondamentales des céramiques à partir de cette même fragilité. L'établissement de cette fragilité ici permet à cet autre modèle de l'utiliser comme point de départ sans avoir à la redéfinir.

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