Concept et exemples de structure matérielle

La structure des matériaux C'est la façon dont leurs composants sont liés et se manifestent à différentes échelles d'observation. Comprendre par composants atomes, molécules, ions, chaînes, plans, cristaux, grains cristallins, entre autres ensembles de particules. Et à son tour, en ce qui concerne les échelles d'observation, nous nous référons aux nano, micro et macrostructuras.

Selon le type de liaison chimique présente dans les structures des matériaux, différentes propriétés mécaniques, chimiques, optiques, thermiques, électriques ou quantiques auront lieu. Si le lien est ionique, le matériel sera ionique. En attendant, si le lien est métallique, le matériau sera métallique.

Le bois, par exemple, est un matériau polymère et fibreux, car il est fait de polysaccharides de cellulose. Les interactions efficaces entre leurs chaînes de cellulose définissent un corps dur, capable de mouler, de couper, de teinture, de polissage,.

Il est nécessaire que le matériel soit tout ce qui remplit un but dans la vie ou dans l'histoire de l'humanité. Connaissant ses structures, de nouveaux matériaux aux propriétés optimisées pour certaines applications, qu'elles soient industrielles, maison, artistiques, informatiques ou métallurgiques.

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Structure des matériaux métalliques

Les matériaux métalliques couvrent tous les métaux et leurs alliages. Leurs structures sont composées d'atomes fortement compactés en revanche ou par-dessus de l'autre, suivant un ordre périodique. On dit donc qu'ils sont constitués de cristaux métalliques, qui restent fixes et cohérentes grâce au lien métallique qui existe entre tous ses atomes.

Parmi les structures cristallines les plus courantes pour les métaux, il y a des centres cubiques dans le corps (BCC), le cubique centré sur les visages (FCC) et l'hexagonal compact (HCP), ce dernier étant le plus dense. De nombreux métaux, comme le fer, l'argent, le chrome ou le béryllium, se caractérisent par l'attribution de chacune de ces trois structures.

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Cependant, une telle description ne suffit pas pour les décrire comme des matériaux.

Les cristaux métalliques peuvent adopter plus d'un ou de la taille. Ainsi, dans le même métal, plus un sera observé. En fait, il y en aura beaucoup, qui sont mieux connus avec le terme grain cristallin.

La distance qui sépare les grains les unes des autres est connue sous le nom de limite de bord ou de grain et est, avec les défauts cristallins, l'un des facteurs les plus déterminants des propriétés mécaniques des métaux.

Structure des matériaux en céramique

Sphères de dioxyde de zirconium, nouveau matériau en céramique. Source: Lucasbosch, Wikimedia Commons

La plupart des matériaux peuvent être décrits comme dans la section précédente, c'est-à-dire en fonction des cristaux, de leurs nombres, tailles ou formes. Ce qui varie cependant dans le cas des matériaux en céramique, c'est que leurs composants ne sont pas seulement constitués d'atomes, mais d'ions, fréquemment situés dans une base amorphe silicate.

Par conséquent, la céramique a tendance à être des matériaux semi-cristallins ou complètement cristallins lorsque le dioxyde de silicium est absent. Dans leurs structures, les liaisons ioniques et covalentes prédominent, étant l'ionique la plus importante. Généralement, les céramiques sont des matériaux polyristaux; c'est-à-dire qu'ils se composent de nombreux petits cristaux.

Les céramiques sont des matériaux de compositions très variables. Par exemple, les carbures, le nituro et le phosphouros sont considérés comme en céramique, et dans leurs structures composées de réseaux à trois dimensions, la liaison covalente est régie. Cela leur donne la propriété d'être des matériaux de résistance thermique très durs et élevés.

La céramique vitreuse, pour avoir une base de dioxyde de silicium, est considérée comme amorphe. Par conséquent, leurs structures sont désordonnées. Pendant ce temps, il y a des céramiques cristallines, comme l'aluminium, le magnésium et les oxydes de zirconium, dont les structures sont composées d'ion unie par la liaison ionique.

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Structure des matériaux cristallins

La structure cristalline du chlorure de sodium, NaCl, un composé ionique typique. Les sphères violettes représentent des cations sodium, Na + et les sphères vertes représentent des anions de chlorure, cl.

Les matériaux cristallins intègrent une grande famille de matériaux. Par exemple, les métaux et la céramique sont classés comme matériaux cristallins. À proprement parler, les matériaux cristallins sont tous dont les structures sont ordonnées, peu importe qu'elles soient composées d'ions, d'atomes, de molécules ou de macromolécules.

Tous les sels et la grande majorité des minéraux entrent dans cette classification. Par exemple, calcaire.

Les cristaux de sucre, en revanche, sont faits de molécules de saccharose. Comme tel sucre n'est pas un matériau, à moins que les châteaux, les boîtiers, les meubles ou les chaises de sucre ne soient construits. Le sucre deviendrait donc un matériau cristallin. Le même raisonnement s'applique à tous les autres solides moléculaires, y compris la glace.

Structure des matériaux ferreux

Austenita, ordonnance de carbone et d'atomes de fer. Source: Wikimedia Commons

Les matériaux ferreux sont tous ceux qui sont constitués de fer et leurs alliages avec du carbone. Par conséquent, les aciers comptent comme des matériaux ferreux. Ses structures, comme celles des métaux, sont basées sur des cristaux métalliques.

Cependant, les interactions sont quelque peu différentes, car les atomes de fer et de carbone font partie des cristaux, vous ne pouvez donc pas parler d'un lien métallique entre les deux éléments.

Autres exemples

Nanomatériaux

Nanotubes de carbone. Source: Wikimedia Commons

De nombreux nanomatériaux, comme les matériaux déjà discutés, sont également décrits en fonction de leurs nanocristaux. Cependant, il s'agit notamment d'autres unités structurelles plus uniques, composées de moins d'atomes.

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Par exemple, les structures de nanomatériaux peuvent être décrites par des atomes ou des molécules commandés sous forme de sphères, d'incette, de tubes, de plans, d'anneaux, de plaques, de cubes, etc., qui peut ou non générer des nanocristaux.

Alors que dans toutes ces nanostructures, la liaison ionique peut être présente, comme avec les nanoparticules d'innombrables oxydes, la liaison covalente est plus courante, responsable de la fourniture des angles de séparation nécessaires entre les atomes.

Matériaux polymères

Structure chimique du polyéthylène

Les structures des matériaux polymères sont principalement amorphes. En effet.

Cependant, dans les polymères, il peut y avoir des régions relativement ordonnées, donc certaines sont considérées. Par exemple, le polyéthylène à haute densité, le polyuréthane et le polypropylène sont considérés comme des polymères semi-cristallins.

Matériaux hiérarchiques

Les matériaux hiérarchiques sont de nature vitale et soutiennent les corps vivants. La science des matériaux est inlassablement dédiée aux matériaux de mimétisme, mais en utilisant d'autres composants. Ses structures sont "désarmables", en commençant par les plus petites parties au plus grand, ce qui serait le support.

Par exemple, un solide composé de plusieurs couches d'épaisseur différente, ou qui a des cavités tubulaires et concentriques occupées par des atomes, sera considérée comme une structure hiérarchique.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Wikipédia. (2020). La science des matériaux. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Marc Ander Meyers et Krishan Kumar Chawla. (s.F.). Matériaux: structure, propriétés et performances. [PDF]. la presse de l'Universite de Cambridge. Récupéré de: actifs.Cambridge.org
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