SOLIDES. — LIQUIDES. — GAZ

On a vu que les corps peuvent prendre l’état solide, l’état liquide ou l’état gazeux. Il est important de jeter un coup d’œil sur les faits principaux qui caractérisent ces divers états.

10. Corps solides. Cristallographie. — Les corps solides tendent en général à affecter une forme géométrique régulière, limitée par des faces planes plus ou moins nombreuses et par des lignes droites ou arêtes. On dit alors qu’ils sont cristallisés. Très souvent, la forme du cristal n’est pas immédiatement reconnaissable, le corps étant constitué par des amas de cristaux confus : on dit alors qu'il est cristallin. Lorsqu’on brise un semblable corps, sa cassure présente des facettes cristallines plus ou moins nettes. D’autres corps enfin ne présentent aucune forme régulière, même sous le microscope, ce sont les corps amorphes; ils offrent alors une cassure irrégulière, conchoïde , vitreuse ou résineuse. Dans certains cas un corps peut être accidentellement amorphe quoique ayant une tendance marquée à prendre une forme ou une structure cristalline. Dans ce cas, l’état amorphe est instable et la structure du corps se modifie plus ou moins vite, quelquefois subitement ; son aspect se modifie alors profondément. Le sucre d’orge, par exemple, qui est du sucre fondu amorphe, est vitreux et translucide ; mais au bout d’un temps plus ou moins long, sa structure se modifie et fait place à une structure cristalline qui est accusée par la perte de transparence ; le corps amorphe se transforme en un amas de petits cristaux, qui seraient transparents s'ils étaient isolés, mais dont l’ensemble est opaque en raison de la grande quantité des facettes que rencontre le lumière. C’est encore ce qui arrive pour le phosphore, pour l’anhydride arsénieux et pour certains métaux, notamment le fer.

Les corps peuvent être obtenus cristallisés par plusieurs procédés.

1° Cristallisation par voie sèche. Fusion. — Généralement un

INTRODUCTION

corps en fusion prend la forme cristalline en se solidifiant, mais lorsque la solidification est complète, la forme cristalline est difficile à reconnaître distinctement, parce que ce n’est pas un cristal unique qui se produit, mais un enchevêtrement de cristaux. Pour obtenir des cristaux isolées, il ne faut pas attendre que la solidification du corps fondu soit complète, mais enlever la portion encore liquide lorsque la solidification a commencé. Choisissons le soufre pour exemple. Chaulions une certaine quantité de ce corps dans un creuset, puis, la fusion étant complète, laissons refroidir la masse fondue jusqu’à ce que la solidification ait eu lieu sur les parois et à la surface. Cette dernière ayant acquis une certaine résistance, perçons la croûte solide en plusieurs points et faisons écouler le soufre resté liquide. En détachant ensuite la croûte superficielle nous trouverons les parois intérieures hérissées de longues aiguilles jaunes. Beaucoup de métaux peuvent être obtenus cristallisés par cette voie, notamment le bismuth.

Sublimation. — Le passage direct de l’état de vapeur à l’état solide sans passer par l’état liquide permet également d’obtenir les corps cristallisés. L’iode, le bichlorure de mercure, la naphtaline, le camphre, l’acide benzoïque et beaucoup d’autres corps sont dans ce cas. Les corps étant réduits en vapeurs dans un espace spacieux se condensent sur les parois froides du vase en donnant un sublimé cristallisé.

2° Cristallisation par voie humide. — Ce procédé consiste à dissoudre le composé solide dans un liquide approprié, à chaud ou à froid. Si la dissolution a été faite à chaud, à saturation, c'est-àdire autant que le liquide peut prendre du corps solide, celui-ci se dépose en général en partie par le refroidissement, et cela sous forme cristalline. Si la dissolution a lieu à froid, le corps solide cristallise par l’évaporation du dissolvant. C’est par l’un de ces procédés qu’on obtient la plupart des sels cristallisés.

Le dissolvant n’est pas nécessairement de l’eau ou un corps liquide à la température ordinaire. Ce peut être un corps fusible ou volatil seulement à une température très élevée. Le fer en fusion dissout le carbone et lorsqu’il se solidifie ce carbone se sépare en partie sous forme de graphite, emprisonné dans la masse du métal. L’anhydride borique fondu dissout l’alumine et lorsqu’on le volatilise dans un four à porcelaine, l’alumine reste sous la forme de corindon artificiel (Ebelmen).

CRISTALLOGRAPHIE. 15

La forme cristalline est un caractère spécifique pour beaucoup de corps solides, et la cristallisation fournit un moyen précieux pour leur purification, car sauf dans certains cas particuliers sur lesquels nous aurons à revenir (isomorphisme), un corps qui se dépose à l’état cristallisé est exempt des composés qui peuvent être tenus en dissolution dans le même liquide. Du carbonate de sodium impur, renfermant par exemple du sulfate ou du chlorure, cristallisera seul de sa solution saturée bouillante. Néanmoins, si la cristallisation est lente, elle est formée de cristaux assez volumineux groupés entre eux et emprisonnant de Veaumère (eau d’interposition) et par conséquent les impuretés tenues en dissolution. Lorsque la cristallisation se produit rapidement, ce qui a lieu lorsqu’on refroidit brusquement la solution, on n’obtient que de très petits cristaux, isolés les uns des autres et qu’il est par conséquent facile de débarrasser de leur eaumère.

11. Formes cristallines. — Les cristaux isolés sont toujours des polyèdres limités par des faces planes et des arêtes droites; ils n’offrent jamais d’angles rentrants; quand de semblables angles se rencontrent, c’est qu’ils sont dus à la juxtaposition de deux cristaux. On observe aussi quelquefois des facettes et des arêtes courbes, mais ce n'est là qu’un cas particulier et accidentel de déformation.

Toutes les formes cristallines dérivent géométriquement de six types ou systèmes qui diffèrent les uns des autres par leur mode de symétrie, par les longueurs relatives et l’inclinaison des arêtes ou des axes, lignes idéales autour desquelles les faces sont disposées symétriquement. Voici ces six types cristallins :

1° Cube (système cubique ou régulier);

2° Prisme droit à base carrée (système quadratique);

3° Prisme droit à base rectangle ou rhombique (système orthorhombique) :

4° Rhomboèdre (système rhomboédrique ou hexagonal) ;

5° Prisme oblique à base rhombe (système clinorhombique);

6° Prisme oblique à base de parallélogramme oblique (système anorthique ou dissymétrique).

Ce sont là les formes fondamentales, mais elles sont presque toujours modifiées plus ou moins profondément, et cela suivant une loi de symétrie découverte par Ilaiiy, d’après laquelle toute

modification apportée à un élément géométrique du type fondamental se reproduit de la même manière sur les autres éléments identiques.

Il arrive fréquemment, comme dérogation à la loi de symétrie, que .les modifications ne portent que sur la moitié des éléments géométriques semblables. Elles donnent alors naissance à des formes hémiédriques [ 1). Celles-ci peuvent être envisagées comme produites par la suppression de la moitié des faces, suppression ayant lieu alternativement, de telle sorte qu’une face soit supprimée et sa voisine conservée ; le prolongement des faces conservées produit le cristal hémiédrique.

Nous allons par quelques exemples, pris dans les divers types cristallins, montrer comment en dérivent les principales formes secondaires.

Système cubique. — Il est caractérisé par 3 axes rectangulaires

identiques. Le cube (fig. 2) est limité par 6 faces carrées p, 12 arêtes égales b et 8 sommets trièdres a; tous les angles sont droits.

Ce cube peut être modifié sur les arêtes et sur les sommets; toutes les arêtes étant égales et identiquement placées, elles seront toutes modifiées simultanément et de la même manière. Les modifications sur les sommets ont également lieu simultanément.

(1) Les cristaux hémiédriques sont doués de propriétés optiques spéciales ; ils dévient le plan de la lumière polarisée, et le sens de cette déviation est le même que celui de l’hémiédrie : à gauche ou à droite suivant que les cristaux portent les facettes hémiédriques à gauche ou à droite.

Les cristaux hémiédriques inverses sont symétriques, mais non superposables. Un cristal hémiédrique gauche est l’image réfléchie de l’hémiédrique droit.

CRISTALLOGRAPHIE

Les arêtes b étant modifiées par des faces tangentes, elles donneront le dodécaèdre rhomboïdal (fig. 3) dont toutes les faces b 1 sont semblables. Les troncatures sur les sommets a fournissent les faces a1 également inclinées sur les faces du cube; leur développement conduit à Voctaèdre régulier (fig. 4), en passant par le cubo-octaèdre (fig. 6). Ce dernier peut aussi être envisagé comme

Fig. 5.

Fig. 6.

dérivant de l'octaèdre régulier par des troncatures sur les six sommets, qui sont semblables l’un à l'autre ainsi que les faces a1. La figure 5 est un passage de l’octaèdre au cubo-octaèdre.

L'octaèdre peut être choisi comme forme fondamentale aussi bien que le cube. Les modifications sur les sommets et sur les

arêtes conduisent respectivement aux mêmes formes que les modifications sur les arêtes et les sommets du cube.

Les modifications peuvent porter à la fois sur les arêtes et sur les sommets, et les formes dérivées elles-mêmes peuvent subir des modifications sur leurs éléments symétriques.

Outre les modifications tangentes aux arêtes, il peut se produire des modifications inclinées, symétriques des deux côtés de I. — Chimie minérale. 2

INTRODUCTION

chaque arête; cest ainsi qu’on arrive à l’ hexa- tétraèdre ou cube pyramide (fig. 7). Les modifications inclinées sur les sommets du cube conduisent de même aux formes représentées par les figures 8 et 9 ; la dernière est l 'octaèdre pyramide.

Fig. 11.

Parmi les formes hémiédriques du système cubique, nous nous bornerons à citer le tétraèdre régulier , formé par le prolongement des faces alternes de l'octaèdre régulier (fig. 10), et le dodécaèdre pentagonal (fig. il), qui dérive d’une manière analogue du cube pyramidé.

Système quadratique. — Deux axes égaux et un axe inégal, tous trois rectangulaires. Le prisme quadratique présente 4 faces rectangulaires égales m, 2 faces carrées horizontales p, 8 arêtes horizontales égales h, et 4 arêtes verticales b. égales entre elles.

Les huit sommets trièdres a sont formés par des angles droits.

Les modifications peuvent se faire sur ces divers éléments comme sur les éléments du cube; mais comme il y a deux espèces d'arêtes, les modifications sur celles-ci seront de deux sortes et pour-

CRISTALLOGRAPHIE

ront porter soit sur les arêtes h soit sur les arêtes b , soit encore sur les unes et les autres. La modificative tangente sur h produira un autre prisme à base carrée (fig. 12). Les troncatures sur les sommets, affectant les arêtes b et h proportionnellement à leur longueur, conduisent à l'octaèdre quadratique. On obtiendra d’autres octaèdres par des troncatures tangentes ou non sur les arêtes b.

La forme hémiédrique la plus importante est le sphénoèdre ou tétraèdre isocèle (fig. 13) qui dérive de l’octaèdre quadratique par le prolongement de la moitié des faces et la suppression des faces voisines.

Système orthorhombique. — 3 axes rectangulaires inégaux. Le prisme orthorhombique (fig. 14) comprend 4 faces rectangulaires, normales à la base, qui est un rhombe (le prisme inscrit est rectangulaire) ; 4 angles trièdres semblables, «, formés de deux angles droits et d’un angle obtus, et 4 angles trièdres, <?, ayant un angle aigu et deux angles droits ; 8 arêtes horizontales b limitant des angles dièdres droits et 4 arêtes verticales dont deux (A), limitent des angles obtus; deux autres (g), des angles aigus. A ce prisme correspondent l’octaèdre orthorhombique et ses nombreuses formes dérivées.

Système rhomboédrique. — Un rhomboèdre est un solide formé de 6 faces égales p, qui sont des rhombes, de 8 sommets, dont 2

en a, formés par trois angles plans égaux et 6, en e , formés de deux angles plans égaux et d’un angle inégal. Les arêtes b, qui limitent les sommets a, sont dites culminantes, les 6 autres

Fig. 15.

Fig. IG.

INTRODUCTION

arêtes sont les arêtes latérales d. On est convenu d’orienter le rhomboèdre de manière que les deux sommets a soient placés sur une même verticale (fig. 15).

Ce rhomboèdre est susceptible de modification sur les sommets a, sur les sommets /?, sur les arêtes culminantes et sur les arêtes latérales. Ces dernières modifications, que le cadre de notre ouvrage ne nous permet pas de développer, conduisent à des rhomboèdres inverses ou directs , plus obtus que le rhomboèdre primitif. Une des modifications les plus importantes est celle qui conduit au prisme hexagonal c2, auquel on arrive en tronquant les sommets e de façon à couper les arêtes latérales deux fois plus loin que l'arête culminante. Le plan ainsi déterminé est parallèle à J'axe a a. Un autre prisme hexagonal (fig. 16) est engendré par des plans tangents placés sur les arêtes d.

On choisit quelquefois le prisme hexagonal ou la double pyramide hexagonale comme forme fondamentale, qui est alors caactérisée par 4 axes dont 3 égaux situés sur un même plan en formant des angles de 60°; le quatrième, différent des trois premiers, passe par leur point de croisement et est normal à leur plan.

Le développement hémiédrique de la double pyramide hexagonale par le développement de la moitié des faces conduit au rhomboèdre. Quant au développement des faces alternes du prisme, il conduit à un prisme triangulaire.

Système clinorhombique. — 3 axes inégaux dont l’un est incliné sur le plan des deux autres, qui se coupent à angle droit. La forme

fondamentale est le prisme rhomboïdal oblique représenté fig. 17, ou l’octaèdre correspondant (fig. 18). Le prisme présente 4 espèces