E1 Structure amorphe et règles de Zachariasen

Topique

Le réseau cristallin de ce verre est dépourvu d'ordre à longue portée, contrairement à la maille cristalline décrite par un autre modèle de cet assemblage, celui qui décrit la structure d'une céramique. Dans cette céramique, les ions se répètent périodiquement en trois dimensions, formant un réseau entièrement décrit par une seule maille élémentaire. Cette périodicité est absente dans ce verre. L'absence de périodicité de ce réseau implique qu'il ne peut plus être décrit par une maille élémentaire, mais seulement par sa connectivité locale : la manière dont chaque tétraèdre du réseau se connecte à ses voisins immédiats, sans que ce motif ne se répète de façon prévisible au-delà.

Chaque tétraèdre du réseau se connecte à ses voisins de deux manières différentes : soit par un atome d'oxygène pontant, qu'il partage avec un autre tétraèdre voisin, les reliant ainsi entre eux, soit par un atome d'oxygène non pontant, qui reste lié à un seul tétraèdre, sans le connecter à aucun autre. Un tétraèdre possédant davantage d'atomes d'oxygène pontants est connecté à un plus grand nombre de tétraèdres voisins. À l'inverse, un tétraèdre possédant davantage d'atomes d'oxygène non pontants est connecté à un nombre réduit de tétraèdres voisins.

Le rapport entre les atomes d'oxygène non pontants et les cations formateurs de réseau quantifie globalement le degré de dépolymérisation de ce réseau : un rapport élevé correspond à un réseau composé d'unités plus petites et moins interconnectées, indiquant une dépolymérisation plus importante ; un rapport faible correspond à un réseau composé d'unités plus grandes et plus interconnectées, indiquant une dépolymérisation moindre et rapprochant le réseau d'un réseau entièrement polymérisé de tétraèdres liés uniquement par des atomes d'oxygène pontants.

Bien que ce réseau soit dépourvu d'ordre à longue portée, il conserve un certain ordre à courte échelle : la distance et l'angle entre un tétraèdre et son voisin immédiat restent relativement constants dans tout le verre, même si ce motif ne se répète pas périodiquement au-delà de ce voisin immédiat. L'existence de cet ordre à courte portée, malgré l'absence d'ordre à longue portée, permet de le caractériser par le facteur de structure de Debye, obtenu à partir du même diagramme de diffraction qui, à son tour, confirme que cet ordre ne s'étend pas au-delà de cette courte portée.

Par conséquent, ce modèle, avec son absence initiale d'ordre à longue portée, se distingue clairement du modèle décrivant la structure d'une céramique, où la maille cristalline définit un ordre à longue portée complet. Le fait que ce réseau amorphe soit dépourvu de ce même ordre signifie qu'un autre modèle au sein de cet ensemble — celui décrivant la spectroscopie et la diffraction de ce verre — est celui qui vérifie expérimentalement, par le halo amorphe de son diagramme de diffraction, que cette absence d'ordre à longue portée est bien présente.

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