Synthèse et propriétés des matériaux amorphes, organisés, plastiques
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Il existe plusieurs types de matériaux qui, à l’état solide, n’ont pas les mêmes propriétés physiques.
Quels sont ces différents types de matériaux ? En quoi leur structure microscopique explique-t-elle leurs propriétés ? Comment synthétise-t-on ces matériaux ?
A l’état microscopique, les atomes, les ions ou les molécules qui les constituent sont régulièrement disposés en réseaux dans l’espace.
Exemples de structures cristallines :
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| Diamant | Graphite | Silice cristalline |
La structure organisée de ces matériaux permet d’expliquer leurs propriétés physiques :
• pour le diamant, la structure hexagonale explique la très grande dureté.
• pour le graphite, la structure en feuillets hexagonaux explique la faible dureté et le clivage (séparation en feuillets).
La structure désorganisée explique l’existence de la transition vitreuse : au dessous d’une température Tg, le matériau est à l’état vitreux (aspect transparent). Cette structure désordonnée explique aussi la fragilité du verre.
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| Structure linéaire | Structure ramifiée |
• Les polymères dont la structure est linéaire sont thermoélastiques ; lorsqu’on les chauffe, ils deviennent élastiques et mous.
• Les polymères dont la structure est en réseau sont thermodurcissables : lorsqu’on élève la température, ils durcissent et deviennent cassants.
Les propriétés mécaniques du polymère sont directement liées à sa structure.
• Polymérisation par addition
Le polymère est obtenu par addition d’un très grand nombre de molécules qui se lient les unes aux autres.
On obtient des molécules longues, constituées d’un grand nombre de motifs.
• Polymérisation par élimination ou polycondensation
Le polymère est obtenu par addition d’un très grand nombre de molécules qui se lient les unes aux autres avec élimination d’une petite molécule (eau, chlorure d’hydrogène).
Il existe plusieurs types de polycondensation : on peut obtenir des molécules longues, constituées d’un grand nombre de motifs ou des molécules ramifiées
On peut aussi les synthétiser au laboratoire ; pour cela, il faut refroidir lentement un corps liquide (changement d’état) ou le faire cristalliser (évaporation).
Exemple : On prépare un mélange d’acide benzoïque et d’eau.
On laisse l’eau s’évaporer lentement ; il se forme des cristaux d’acide benzoïque.
Exemple : pour fabriquer du verre, on chauffe un mélange de sable, de chaux et de soude à 1500 °C. Une fois fondu, on façonne le verre à l’air ; celui-ci se refroidit rapidement.
Dans les matériaux amorphes, il n’y a aucune organisation ; dans les matériaux cristallins, les atomes sont organisés en réseaux ; dans les matières plastiques, les molécules sont soient linéaires, soient ramifiées.
La structure de la matière explique ses propriétés mécaniques.
Pour synthétiser un matériau, il existe plusieurs méthodes : polycondensation, polyaddition, refroidissement rapide ou refroidissement lent.
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