Comment déterminer la structure de la matière?

 

par lionel6 |

     

Déterminer la structure de la matière au niveau atomique, et plus précisément celle d'un cristal, est l'affaire d'une branche de la physique appelée cristallographie. En particulier il s'agit de la radiocristallographie. Avoir des informations sur la structure de la matière peut être très utile, aussi bien dans les sciences fondamentales ou dans l'industrie.

Étapes de réalisation

1.

On ne peut déterminer complètement la structure des matériaux que lorsque ceux-ci sont des cristaux.

2.

Un cristal est un matériau dans lequel les atomes sont positionnés de façon régulière et répétitive.

3.

Déterminer la structure atomique d'un cristal consiste à déterminer comment les atomes sont positionnés dans celui-ci.

4.

Il est évident que cette étude ne peut se faire à l'oeil nu, et même avec le microscope le plus puissant du monde cela est impossible.

5.

Même si il était possible d'apercevoir les atomes individuellement avec un microscope, cela ne serait pas suffisant car on ne pourrait étudier le matériau qu'à sa surface !

6.

Pour étudier complètement la structure d'un matériau, on a besoin d'informations sur sa structure interne.

7.

A l'heure actuelle, le moyen le plus efficace pour étudier la structure d'un cristal est d'utiliser un rayonnement électromagnétique (onde électromagnétique).

8.

En particulier, on utilise un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est proche de la distance entre les atomes.

9.

La distance entre les atomes est de l'ordre de l’Angstrom, c'est à dire 10 exposant -9 mètres !

10.

Un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est de l'ordre de l’Angstrom est appelé rayon X !

11.

Le rayon X possède la qualité, en plus d'avoir une longueur d'onde adéquate, de pouvoir être produit avec une intensité suffisante. De plus son interaction avec la matière n'est ni trop forte ni trop faible !

12.

En effet on aurait aussi pu utiliser comme rayonnement un flux de neutrons, mais l'interaction des neutrons avec la matière est trop forte pour que celui-ci puisse pénétrer complètement le matériau et en ressortir !

13.

Maintenant que l'on sait ce que l'on utilise pour étudier la structure d'un cristal, la question est de savoir comment on utilise le rayon X pour cette étude.

14.

On envoie des rayons X sur un échantillon de la matière à analyser.

15.

L'échantillon utilisé doit être extrêmement mince, afin d'éviter d'avoir à considérer des réflexions multiples du rayonnement dans celui-ci.

16.

En frappant et pénétrant la matière, les rayons X qui interagissent avec celle-ci et sont diffusés.

17.

On place un écran (en réalité un détecteur ou une plaque photographique) autour de l'échantillon.

18.

Plusieurs faisceaux de rayons X diffusés frappent chaque point de l'écran.

19.

L'intensité résultante est différente d'un point à l'autre et résulte de l'interférence entre les faisceaux !

20.

La figure observée sur l'écran (successions de points d'intensité différents) est en fait ce que l'on appelle une figure de diffraction.

21.

C'est cette figure de diffraction qui permet de connaître la structure atomique de l'échantillon !

Astuces et mises en garde

Mise(s) en garde :

Ne tentez pas cela chez vous, les rayons X peuvent être très dangereux. Ensuite cette manipulation se fait dans des conditions très précises (cuve sous vide, protection des chercheurs, etc.)

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