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Calcul de la formule structurale des minéraux

  1. orthopyrox

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    septembre 2007
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    11

    Calcul de la formule structurale des minéraux

    Salut tout le monde ,
    Je suis nouveau sur ce forum , que je trouve si interessant par sa richesse en informations , surtout en géologie qui m'interesse le plus.
    je me demande juste si quelqu'un pourrait m'aider à me trouver des cours ou des articles à propos du calcul de la formule structurale des minéraux.
    Merci d'avance.

    -----

     


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  2. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Localisation
    อาณาจักรล้านนา
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    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Salut,

    la formule structurale est un peu complexe car elle demande des connaissances en mineralogie et cristallographie et pas mal de feeling/recoupement avec d'autres cas deja rencontrer.

    Le principe est donc de calculer une formule chimique a partir des analyses elementaires ou oxydes des elements presents. Et dans ce calcul, il faut tenir compte de la structure cristalline du mineral.

    Pour ce qui est du calcul de la formule chimique, tu peux trouver un exemple ici : dia 20 et 21.
    Ce n'est fondamentalement pas tres complique a condition que tu restes dans des compositions simples, stoechiometriques et univalentes. Cependant, l'habitude joue pour beaucoup dans ce genre de calcul.

    Je ne pense cependant pas qu'il y aie d'articles qui reprennent la "technique" pour calculer cela puisqu'on l'utilise depuis les debuts de la mineralogie. Pour les cours, faut voir s'il en existe en ligne.... J'ai trouver des cours de cristallo mais ni de mineralogie, ni de cristallochimie..et encore moins en francais...


    Toujours est-il qu'une formule structurale, il faudra prendre en compte, comme je l'ai dit, les proprietes cristallographiques. Ainsi, un grenat ne sera pas X3Y2[ZO4]3 mais bien X24Y16Z24O96 car la maille unite est Z=8.....

    Si tu veux, je peux t'expliquer les etapes pour calculer ce genre de choses mais par forum interpose, je crains que ce ne soit pas si facile.

    T-K
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  3. orthopyrox

    Date d'inscription
    septembre 2007
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    11

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    Pour ce qui est du calcul de la formule chimique, tu peux trouver un exemple ici : dia 20 et 21.
    T-K
    Bon , tout d'abord , je tiens à te remercier pour la réponse , en faite , pour le moment je ne cherche qu'à savoir comment la calculer pour les minéraux primaires les plus connus , puis ça viendera avec le temps pour les autres minéraux.
    A propos de l'exemple , je pense que le lien n'a pas passé , alors merci de l'avoir envoyer une autre fois...
    J'aimerais bien que tu m'explique les étapes pour ce calcul , et je te serai tres reconnaissant.
    Bien amicalement
     

  4. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Citation Envoyé par orthopyrox Voir le message
    A propos de l'exemple , je pense que le lien n'a pas passé , alors merci de l'avoir envoyer une autre fois...
    Salut,

    C'est pas qu'il n'est pas passe; c'est juste que j'ai tout simplement oublie de le mettre....

    http://geoazur.unice.fr/SCTERRE/cour...loYRolland.ppt


    J'essayerais de te faire un petit resume de la methode ce soir (matin pour l'Europe) si j'ai le temps....


    T-K
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  5. orthopyrox

    Date d'inscription
    septembre 2007
    Messages
    11

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Salut ,
    Je je te remercie pour le lien , je l'ai déjà vu ce document sur Géoforum , alors c'était bien toi "Chapak" de géoforum???
    ça serait trop gentil pour le resume.
    Encore une fois Merci.
    A très bientôt.
     


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  6. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    อาณาจักรล้านนา
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    8 446

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    ah non; Chapak....c'est Chapak......

    T-K
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  7. orthopyrox

    Date d'inscription
    septembre 2007
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    11

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    D'accord , merci de ta réponse , j'attend toujours le resumé
    à bientôt
     

  8. Yves2

    Date d'inscription
    juillet 2004
    Messages
    903

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    ah non; Chapak....c'est Chapak......

    T-K
    Bah d'ailleurs, y a bien longtemps qu'on l'a pas vu par ici !

     

  9. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Citation Envoyé par orthopyrox Voir le message
    j'attend toujours le resumé

    ca vient ca vient....



    Bien, on va essayer de faire cela clairement et simplement. Mais je me rends compte maintenant que par écrit, c’est vraiment pas évident…et la pratique joue pour beaucoup dans ce genre de passe-temps.

    Comme on a deja un exemple simple en lien ici plus haut, autant partir de celui-la (je l'ai remis trafiqué en attaché).

    Comme dit dans la dia 20, l’olivine est un nom général pour un mélange (une solution solide) entre deux pôles principaux, la forsterite MgSiO4 et la fayalite FeSiO4. A cela on peut ajouter des termes moins communs comme la tephroite (Mn) ou la monticellite (Ca). Généralement, une formule d’olivine s.l. est écrite (Mg,Fe)2SiO4.

    Le point de départ est une analyse chimique. Pour cet exemple simple, la technique d’analyse importe peu. Lorsque des problèmes de valences apparaissent, les analyses à la microsonde électronique sont un peu plus délicates a traiter.

    Il est de coutume de présenter ces analyses sous forme d’oxydes pour la plupart des minéraux. Les exceptions principales sont les halogénures et les sulfosels ou l’analyse brute est donnée en élément. Dans la dia 21, c’est donc la colonne [1]. Dans un cas idéal, la somme de l’analyse est de 100%.

    La colonne [2], les masses molaires moléculaires sont juste la somme des masses molaires des éléments présents dans la colonne [1]. Ex : SiO2 => MSi + 2MO = 28.0855+2*15.9994 = 60.0843g/mol.
    Parce que les données de la colonne [1] sont en grammes, pour obtenir les rapports réels qui existent entre les différents éléments, on divise la colonne [1] par la colonne [2] pour donner la colonne [3], les proportions moléculaires présentent dans l’olivine.

    La colonne [4] est assez simple dans cet exemple ; il s’agit du nombres de cations dans l’oxyde utilisé (ici, partout égal a 1). Ce ne sera pas le cas lorsque l’on utilise notamment des alcalins (Na, K, Rb, Cs), le phosphore, le chrome, le fer (III) ou les oxydes se présentent respectivement sous la forme Na2O, P2O5, Cr2O3, Fe2O3 etc. Il faut dans ces cas tenir compte que par masse molaire moléculaire, on a plusieurs fois l’élément qui nous intéresse.

    La colonne [5] nous donne donc, par simple multiplication de [3] par [4], le nombre (rapport) de cations présent dans l’olivine.

    La colonne [6] est similaire, pour le nombre d’oxygène de la colonne [1]. A nouveau, il s’agit d’oxydes simple et seule la silice SiO2 a un nombre d’anion égal a 2.

    C’est dans la colonne [7] que tout se joue pour calculer la formule chimique d’un minéral. Cette colonne [7] est calculée a nouveau par multiplication de [3] avec [6].
    On en calcule la somme qui nous donne ici 2.354 atomes d’oxygènes. Lorsqu’il s’agit d’un minéral bien connu, anhydre et aux éléments monovalents, comme c’est le cas avec l’olivine, on calcule sur une base d’oxygène. Pour se faire, on sait que dans le cas de l’olivine, la formule est (Mg,Fe)2SiO4. On doit donc avoir 4 oxygènes a la fin.
    Une petite règle de 3 entre 2.354 et 4.000 nous donne le rapport a utiliser et a appliquer a la colonne des proportions cationiques [5]. Ce rapport vaut ici 1.699. On multiplie donc chaque proportion cationique par cette valeur pour obtenir la colonne [8]. La dernière colonne est donc la formule chimique de notre olivine. (Mg1.14Fe0.87Mn0.01)2.02[Si0.99O4].

    Si l’on veut en plus s’encombrer de la formule structurale, il faut connaître soit la densité du minéral ; soit son groupe spatial ; soit sa multiplicité par maille. Mais de tels calculs n’ont qu’un intérêt cristallographique et plus vraiment minéralogique. La réponse est alors un multiple entier de la formule chimique. Dans le cas de l’olivine, c’est multiplié par 1 donc ça ne change pas.

    J’ai remis un tableau légèrement trafiqué en attaché pour que ce soit plus simple.

    T-K
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    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 11/09/2007 à 14h34. Motif: mise en forme....
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)
     

  10. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    8 446

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Maintenant, je le repete, c'est un cas tres simple d'un mineral connu, anhydre, sans halogenures, aux elements avec une seule valence et stoechiometriquement correct. Des que l'on va voir un peu plus loin, ca peut vraiment devenir un sport !!!!


    Si t'as des questions, n'hesites pas...


    T-K
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  11. orthopyrox

    Date d'inscription
    septembre 2007
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    11

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Merciiiiiiiiiiiiii bcp "Tawahi-Kiwi" c'est vraiment gentil de ta part , je vais bien dégérer tout celà , et si j'avais des questions , je te contacterai ...
    encore une fois Merci
     

  12. -Abyss-

    Date d'inscription
    septembre 2012
    Messages
    47

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Bonsoir

    Désolé pour ce up énorme, mais je rencontre des problèmes avec ces histoires d'analyses chimiques. On vient de commencer le cours et les explication du prof sont particulièrement obscures pour ce que ça parait être ...

    A partir de la photo de synthèse donnée quelques messages au-dessus, je comprends chaque opération (donc pas de souci à ce niveau-là), mais j'ai cru comprendre par mon prof. que la stoechiométrie de 2 entre les cations Mg2+, Fe2+ et Mn2+ avec le tétraèdre SiO4 pouvait se déduire par les valeurs du tableau. Maintenant il a aussi dis qu'on devait connaître la formule au préalable pour pouvoir gérer le truc ...

    Alors, ma question est : faut-il sortir cette stoechio. à partir des valeurs ou bien doit-elle être simplement connue ? J'ai en tête un exemple montré au cours où on devait diviser par 2 la toute dernière colonne pour revenir aux bonnes proportions des cations (maintenant le prof ne s'y est pas pris comme présenté ici).

    Merci d'avance pour votre aide (je ne sens plus ma tête à force de la taper sur la table)
     

  13. Tawahi-Kiwi

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Localisation
    อาณาจักรล้านนา
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    36
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    8 446

    Re : calcule de la formule structurale des minéraux

    Salut,

    Citation Envoyé par -Abyss- Voir le message
    la stoechiométrie de 2 entre les cations Mg2+, Fe2+ et Mn2+ avec le tétraèdre SiO4 pouvait se déduire par les valeurs du tableau. Maintenant il a aussi dis qu'on devait connaître la formule au préalable pour pouvoir gérer le truc ...
    En effet la stoechiometrie relative peut se deduire des valeurs du tableau. Vu que pour les colonnes [3],[5] et [8], on ne fait que des multiplications identiques, les rapports restent identiques. Ce qui est vrai dans la formule de l'olivine (Mg+Fe+Mn) = 2* (Si) est vrai pour toutes ces autres colonnes.
    Il n'est pas necessaire de connaitre la formule au prealable. C'est d'ailleurs un cas commun lorsque l'on analyse un mineral inconnu. Dans ces cas-la, on va jusqu'a la colonne [7], puis on regarde les rapports entre elements. Si par exemple dans la colonne [5], on avait eu [Mg+Fe+Mn] = 0,51+0,67+0,01 = 1.19 et [Si] = 1.19 ( a la place de 0.58), on peut en deduire qu'il ne s'agit pas d'olivine, et que cette formule a un rapport (Mg+Fe)/Si similaire aux pyroxenes (1:1). Donc au lieu de se baser sur 4 oxygenes, comme on le fait pour l'olivine; on se base sur 6 (ou 3) oxygenes et le resultat donne (Mg1.14Fe0.87Mn0.01)2.02[Si2O6]. Dans ce cas la, le nombre d'anions est choisi pour que la somme des cations soit proche d'un nombre rond.

    Connaitre la formule ideale d'un mineral a l'avance te permet de passer de l'une colonne a l'autre sans reflechir mais ce n'est pas essentiel. Avec un peu de feeling, quelques essais (sur le nombre d'anions par exemple), et quelques connaissances en cristallochimie (quels elements se substituent ou, dans quel type de site cristallin), alors tu peux t'en sortir sans rien connaitre a l'avance du mineral (tant que les valences, les volatiles, les sites incomplets etc, ne s'en melent pas).

    Citation Envoyé par -Abyss- Voir le message
    Alors, ma question est : faut-il sortir cette stoechio. à partir des valeurs ou bien doit-elle être simplement connue ?
    Pour la stoechio, connaitre les formules minerales (ou en tout cas leur base structurale) aide a faire gagner du temps (pas besoin de deviner le "ppdc") mais n'interdit rien du tout:

    Pour des mineraux anhydres les plus communs,
    un rapport (Mg+Fe+Mn) : Si = 2:1 => olivine (=> le plus petit denominateur commun des cations : 3 => 4 anions)
    un rapport (Mg+Fe+Mn) : Si = 1:1 => orthopyroxene (=> le plus petit denominateur commun des cations : 2 => 3 anions)
    un rapport (Ca+Na) : (Mg+Fe+Mn+Al):Si = 1:1:2 => clinopyroxene (=> le plus petit denominateur commun des cations : 4 => 6 anions)
    un rapport (K+Na+Ca) : (Si+Al) = 1:4 => feldspaths (=> le plus petit denominateur commun des cations : 4 => 8 anions)

    Pour les mineraux hydrates les plus communs:
    un rapport (K+Na) : (Mg+Fe+Mn) : (Si+Al) = 1:3:4 => mica trioctaedrique (biotites par exemple) (=> le plus petit denominateur commun des cations : 8 => 11 anions)
    un rapport (K+Na) : (Si+Al) = 1:6 => mica dioctaedrique (muscovite par exemple) (et si le mineral est parfait, c'est (K+Na):Al:Si = 1:3:3) (=> le plus petit denominateur commun des cations : 7 => 11 anions)
    un rapport (Mg+Fe) : Si = 7:8 => orthoamphibole (=> le plus petit denominateur commun des cations : 15 => 23 anions)
    un rapport Ca : (Mg+Fe) : Si = 2:5:8 => clinoamphibole calcique (=> le plus petit denominateur commun des cations : 15 => 23 anions)
    un rapport (Na+Ca) : (Mg+Fe+Al) : (Si+Al) => 1:2:3 => pour une clinomphibole sodico-calcique ideale (ce qui est au final tres rare). (=> le plus petit denominateur commun des cations : 16 => 23 anions)
    etc etc...; ces rapports peuvent se deviner des tables, et donc dans bien des cas (pas tous), connaitre la formule n'est pas essentiel.

    Citation Envoyé par -Abyss- Voir le message
    J'ai en tête un exemple montré au cours où on devait diviser par 2 la toute dernière colonne pour revenir aux bonnes proportions des cations (maintenant le prof ne s'y est pas pris comme présenté ici).
    Il y a trois moyens de calculer une formule chimique de mineraux par la methode ci-dessus. Les propotions anioniques sont les plus frequentes mais cela peut dependre du mineral et de l'analyse chimique initiale.

    Pour le cas de l'olivine on peut :
    Utiliser la colonne [5] des proportions cationiques. Dans l'olivine, Mg+Fe+Mn+Si = 3, on peut donc recalculer la colonne 3 sur cette base. Valable ici, cette methode a cependant quelques defauts pour les calculs de valence (ex. Fe2+/Fe3+) ou la presence d'eau, de fluor, carbone etc...
    Utiliser la colonne [7] des proportions anioniques. Dans l'olivine, c'est MgO+FeO+MnO+SiO2 = 4. C'est ce que l'on fait ici. Valable dans la plupart des cas, avec des precautions particulieres quand les anions ne sont pas uniquement O= mais egalement OH-, H3O+, F-, Cl-.
    Utiliser les proportions electroniques, qui sont le nombres de charges pour chaque element. Dans l'olivine, c'est Mg2+ + Fe2+ + Mn2+ + Si4+ = 8+ (compense par 4*O=). Si le calcul est fait correctement, la reponse finale est la meme. Si tu utilises les charges mais multiplie par le nombre d'oxygene, alors en effet, il y a un facteur 2 qui va apparaitre.

    Un autre cas ou un facteur 2 apparait est le concept d'equivalent oxygene. Lorsque l'on veut s'en tenir a la methode du nombre d'anions, on utilise l'oxygene comme "unite". Les autres anions OH-, F-, Cl- comptent comme 'demi-oxygenes" au niveau des charges. Il faut donc faire attention a ce niveau la egalement. Si tu utilises la methode des proportions de charges (electroniques), alors ce dernier probleme ne se pose pas.

    Generalement (par tradition peut etre), ce sont les proportions anioniques qui sont utilisees et les proportions de charges ne sont utilisees qu'a posteriori pour s'assurer de la neutralite du mineral et eventuellement ajuster la balance de charge (en jouant sur le rapport FeO/Fe2O3 par exemple.

    Autre regle generale, c'est le plus petit denominateur commun qui est utilise dans les formules chimiques (non structurales). Donc idealement, l'orthopyroxene cite ci-dessus, j'aurais du le faire en base "3" et obtenir (Mg,Fe)SiO3. La base "6" est en fait utilisee pour les pyroxenes en general, comme le clinopyroxene calcique ou la jadeite, ou on a alors Ca(Mg,Fe)Si2O6 ou NaAlSi2O6 qui necessite une base de 6 anions.

    T-K
    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 13/10/2013 à 05h03. Motif: corrections diverses
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)
     

  14. -Abyss-

    Date d'inscription
    septembre 2012
    Messages
    47

    Re : Calcul de la formule structurale des minéraux

    Bonjour

    Désolé de ne pas avoir répondu plus tôt (pc hors d'atteinte ces derniers jours). Merci beaucoup pour cette réponse très détaillée Je pense pouvoir maintenant gérer les quelques exercices montrés au cours (j'ai testé et ça marche !).

    Merci merci beaucoup
     

  15. dz6

    Date d'inscription
    avril 2014
    Messages
    3

    Re : Calcul de la formule structurale des minéraux

    Vraiment c génial Tawahi-Kiwi super . G eu mes résultats d'analyses par Fluorescence X d'argile et je veux déterminer à partir desquelles la formule structurale moyenne de l'argile avec les pourcentage en masse de chaque de constituants (exemple :dolomite,kaolinite,hématite;q uartz...)
    alors comment je peu y procédé?
     


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