Synthèse et propriétés des matériaux amorphes, organisés, plastiques
- Fiche de cours
- Quiz
- Profs en ligne
- Videos
- Application mobile
Objectif(s)
La matière existe sous trois états :
l’état solide, l’état liquide et
l’état gazeux.
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 ?
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 ?
1. Les différents types de matériaux
Les matériaux ont des propriétés
différentes qui s’expliquent par leur
structure microscopique.
a. Les matériaux organisés
Les solides cristallins (métaux, sels ioniques) et
les céramiques sont des matériaux
organisés.
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 :
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).
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 :
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).
b. Les matériaux amorphes
Le verre est un matériau dont la structure est non
cristalline .
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.
Un solide non cristallin comme le verre
est appelé matériau amorphe.
La structure des matériaux amorphes,
généralement à base d’oxyde de
silicium, présente un désordre : les
atomes n’ont aucune organisation à
l’état microscopique.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.
c. Les matières plastiques
Les matières plastiques sont constituées de
matériaux polymères synthétiques
(polyéthylène, polystyrène). Les
polymères sont formés à partir de
motifs reliés les uns aux autres. Ils
présentent plusieurs types de structures, en
fonction du mode de liaison entre les motifs :
linéaires, ramifiées. Certains
polymères ont des réseaux semi-cristallins
: ils contiennent certaines zones amorphes et
d’autres cristallines.
• 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.
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.
2. Synthèse des matériaux
Les matériaux cristallins, amorphes ou plastiques
peuvent être synthétisés au
laboratoire.
a. Synthèse des matières plastiques
Les matières plastiques sont constituées de
polymères et d’additifs.
• 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
• 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
b. Synthèse des matériaux cristallins
Les matériaux cristallins se trouvent à
l’état naturel.
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.
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.
c. Synthèse de matériaux amorphes
Les matériaux amorphes se trouvent à
l’état naturel. On peut aussi les
synthétiser au laboratoire ; pour cela, il faut
refroidir rapidement un corps liquide.
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.
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.
L'essentiel
A l’état solide, les atomes, les
molécules ou les ions sont organisés ou pas au
sein de la matière.
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.
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.
Vous avez obtenu75%de bonnes réponses !