Qu'est-ce qu'un cristal?

Avant de plonger dans notre expérience, il est important de comprendre ce qu'est un cristal. Cette page donnera les définitions de base à savoir et les principales caractéristiques des cristaux.

Définition d'un cristal

Un cristal est un solide dont les constituants (atomes, ions ou molécules) sont arrangés de manière ordonnée et répétitive dans l’espace. Leur composition chimique et leur géométrie les rendent uniques et précieux.

Formation d'un cristal

La formation d’un cristal s’appelle la cristallisation. Elle se produit lorsqu’un soluté (ex : sulfate de cuivre, sucre) est dissous dans un liquide (souvent de l’eau), et que les conditions changent (refroidissement, évaporation…).

Quand la solution devient saturée, les particules commencent à s’assembler et forment un noyau de cristallisation. Ensuite, le cristal grandit en ajoutant des particules autour de ce noyau.

Une cristallisation lente et stable permet d’avoir des gros cristaux bien formés.

et avec un microscope ?

Un cristal n’est pas seulement une belle forme extérieure : sa forme visible reflète une organisation microscopique très précise. Cette organisation est appelée structure cristalline ou réseau cristallin.

Un réseau cristallin est une répétition régulière dans l’espace d’un motif appelé maille élémentaire. Ce motif est une sorte de “brique de base” que la nature répète dans toutes les directions pour construire un solide.

Leur géométrie

Le cristal a souvent une forme bien définie, avec des faces planes, des arêtes et des sommets. Ces formes dépendent de la façon dont les particules sont disposées dans l’espace.

Par exemple, les cristaux de sel sont souvent cubiques, tandis que ceux de sucre sont prismatiques.

La taille

La taille dépend du temps de croissance et de la saturation de la solution. Plus la croissance est lente plus on obtient gros cristaux. Et plus la croissance rapide plus il y a des petits cristaux ou une forme irrégulière.

On appelle « phenocristal » ou « monocristal » un cristal de taille telle qu'il est visible à l'œil nu.

Leur brillance

Les cristaux peuvent être brillants ou mats selon leur structure interne et la manière dont ils réfléchissent la lumière. La brillance dépend aussi de la pureté du cristal et de la régularité de ses faces.

Plus la surface des faces cristallines est lisse et régulière, plus les cristaux brillent et reflètent la lumière.

Leur couleur

La couleur d’un cristal peut être due aux ions présents.

Le sulfate de cuivre donne des cristaux bleus à cause des ions Cu²⁺,l’alun est généralement incolore ou légèrement blanc, et le sucre donne des cristaux transparents ou blancs.

Certaines couleurs viennent aussi de petites impuretés dans le cristal.

Certains cristaux sont donc incolores, d'autres très colorés.

Opacité

Certains cristaux sont transparents (on peut voir à travers), d'autres sont opaques (ils bloquent la lumière).Cela dépend de la structure microscopique du cristal et des défauts éventuels dans le réseau.

Exemple : un cristal d’alun peut être transparent, alors qu’un cristal de soufre est jaune et opaque

Pureté

Un cristal est dit pur quand il est constitué uniquement d’un seul type de substance, sans impureté chimique ni défaut dans la structure.

Cristal pur : transparent ou très bien coloré, symétrique, sans tâches, ni défauts visibles.

Cristal impur : présence de taches, bulles, déformations, couleurs irrégulières, surfaces rugueuses…

Dureté

La dureté d’un cristal mesure sa résistance à la rayure ou à l’écrasement. Elle est liée à la force des liaisons entre les particules dans le réseau cristallin :

Le diamant, avec son réseau covalent très rigide, est le matériau naturel le plus dur. Le sel ou le sucre, avec des liaisons ioniques ou moléculaires, sont beaucoup plus fragiles.

Quel usage peut-on faire des cristaux?

Les cristaux ont de nombreux usages grâce à leurs propriétés physiques et esthétiques.
Ils sont souvent utilisés en bijouterie pour leur beauté, leur brillance et leur dureté. Certains cristaux sont utilisés en électronique pour leurs propriétés de conduction et de régulation des signaux. En médecine, étant présents dans des appareils comme les échographes ou les lasers, ils servent à produire des ultrasons ou traiter des maladies de la peau. On peut également les retrouver dans certaines pratiques de bien-être.

Quelle est la différence entre un cristal naturel et artificiel?

Les cristaux naturels se forment sans intervention humaine, dans la nature, souvent sous terre ou dans des grottes. Ils sont parfois imparfaits ou contiennent des impuretés.
Les cristaux artificiels sont créés en laboratoire. On les fabrique pour qu’ils aient une forme, une taille ou une pureté précise. Par exemple, on produit du quartz ou des rubis synthétiques pour l’électronique ou la bijouterie.

Quels défauts peut avoir un cristal?

Même si un cristal semble parfait, il peut contenir de petits défauts invisibles. Ces défauts sont des irrégularités des atomes. Il en existe plusieurs types :

Des lacunes c'est a dire qu'il manque un atome
Des inclusions sont la présence d’un autre élément ou d’une bulle
Des dislocations sont les décalages dans la structure pendant la cristallisation

Ces défauts peuvent modifier les propriétés du cristal, comme sa solidité ou sa transparence .