polymorphie au sein des sillicates d alumine

[happynewyear]

Bonjour,
je voudrais savoir c est quoi la plymorphie? et comment est il au niveau moleculaire et atomique dans les sillicates d alumine(andalousite,disthene,s ilimanite)?Merci!
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[Shadowshark65]

Salut !

2 espèces minérales sont polymorphes si elles ont la même composition chimique mais des structures chimiques différentes.
Exemples : carbone (hexagonal) et graphite (cubique), calcite (rhomboédrique) et aragonite (orthorhombique), rutile (quadratique) et brookite (ortho) ou encore la pyrite (cubique) et la marcassite (ortho)

Concernant les silicates d'alumine Al2SiO5 : les structures dépendent des conditions de température et de pression.
Si tu as une augmentation de pression P à T cste : structures de + forte densité, augmentation de la coordinence
Augmentation de T à P cste = structure de + faible densité
Ce sont des transformations thermodynamiquement réversibles. La vitesse de ces réactions dépend de façon très sensible de la température mais aussi du type de modifications structurale impliquée. On distingue les transformations displacives et reconstructives.

Voilà

[Tawahi-Kiwi]

La vitesse de ces réactions dépend de façon très sensible de la température

Pas de problemes pour le reste, mais dans le cas des silicates d'alumine, la cinetique de reaction est un des principaux problemes qui rend l'etude des transitions de phase dans les silicates d'alumine assez complexe. Malgre le fait que le point triple And-Ky-Sill est un des piliers de la petrologie metamorphique, ce point triple n'est pas si bien connu que cela, voir notamment Cesare et al., 2003. L'une des observations les plus directes de ce flou au niveau des transitions de phases est la fibrolite, forme fibreuse de sillimanite, qui est parfois presente la ou elle ne devrait theoriquement pas l'etre.
(rem: graphite : hexagonal - diamant : cubique )


Pour ce qui est des polymorphes d'alumino-silicates, en gros il faut voir les mineraux comme des assemblages de polyedres (polyedres de coordination). Classiquement, Si se presente en tetraedre (un atome de Si entoure de 4 atomes d'oxygenes => SiO₄; aluminium, legerement plus gros, est souvent entoure de 6 oxygenes =>AlO₆ (Des atomes encores plus gros comme les alcalins Na, K, ont des polyedres de coordination plus eleves, 8, 9, 10....). Ces polyedres partages des oxygenes entre eux, ayant des sommets, aretes ou faces en commun.

Un transition de phase peut se faire de plusieurs manieres.
=> leger rearrangement des angles entre polyedres, les "connections" sont conservees (ex: transition quartz α - quartz β)
=> rearrangement de la typologie des polyedres (leur organisation). (ex : polymorphes de la silice, quartz, trydimite, cristobalite, coesite)
=> rearrangement des connections entre polyedres (de deux polyedres partageant une sommet, on passe a deux polyedres partageant une arete). (ex. calcite I et calcite II)
=> rearrangement des polyedres de coordination (un atome generalement entoure de 6 oxygenes, est maintenant entoure de 4) (ex: alumino-silicates, SiO2-stishovite, calcite-aragonite, graphite-diamant etc etc)

Le dernier cas impose par definition que les connections entre polyedres et la typologie de la structure sont modifies. Ce sont les transitions qui impliquent les plus grands changements et ces changements sont clairement visibles macroscopiquement puisque dans certains cas, le systeme cristallin du mineral est modifie.

Dans le cas des alumino-silicates, Si reste constamment en coordination 4 (il ne passe en coordination 6 que dans certains mineraux exotiques de tres haute pression)
Al est l'atome qui va varier. La coordination octaedrique AlO₆ est celle qui prend le moins de place en terme de volume. Pour compenser la pression appliquee sur le mineral, Al va eventuellement preferer se mettre sous cette forme (c'est pour cette meme raison que SiO6 existe a tres haute pression). La cyanite (disthene) etant le mineral haute pression parmi les alumino-silicates, les deux atomes d'aluminium sont en coordination 6. Le volume d'une maille cristalline de cyanite est aussi le plus petit parmi les alumino-silicates.

Pour andalousite et sillimanite, c'est un peu plus complexe car la temperature intervient. De maniere tres vulgarisee, a haute temperature, la maille cristalline est plus souple, permettant a Al de s'inserer en coordination tetraedrique (4). La sillimanite a donc un atome d'aluminium entoure de 4 oxygenes, l'autre de 6. L'andalousite, en a un entoure de 6 atomes, l'autre de 5 atomes d'oxygenes.

Sillimanite : ^[4]Si - ^[4]Al - ^[6]Al --- V = 331.3A³ d= 3.25
Andalousite : ^[4]Si - ^[5]Al - ^[6]Al --- V = 342.17A³ d=3.15
Cyanite : ^[4]Si - ^[6]Al - ^[6]Al --- V = 293.46A³ d=3.67
Topaze : ^[4]Si - ^[6]Al - ^[6]Al --- V = 321.55A³ d=3.76

http://ruby.colorado.edu/~smyth/min/aluminos.html

T-K

[Ensifera]

Tawahi-Kiwi, bravo pour la clarté et la concision de tes explications!
Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Shadowshark65]

Salut !

Je suis tout à fait d'accord mais expliquer ça à un 1°S c'est un peu complexe, d'où le fait que je sois restée particulièrement évasive

[Ensifera]

Salut !

Je suis tout à fait d'accord mais expliquer ça à un 1°S c'est un peu complexe, d'où le fait que je sois restée particulièrement évasive

Oui, tu as raison! Je ne sous-entendais pas du tout que ton explication n'est pas claire. Pour ma part, je ne serais pas allé plus loin que toi pour le niveau 1°S.
J'étais simplement intervenu pour féliciter Tawahi-Kiwi, parce que j'ai trouvé ses explications très claires dans l'absolu.
Cordialement.

[Shadowshark65]

Ma remarque ne s'adressait à personne en particulier... Et intervenant dans de nombreux forums, je ne me permettrais pas ce type de répartie (au contraire, j'aime bien que l'avis de plusieurs personnes soit exprimé)

[Tawahi-Kiwi]

hello,

je dois reconnaitre que le systeme francais me met toujours un peu mal a l'aise vis a vis des travaux demandes. Les questions posees (ex: la physique derriere une transition de phase) sont difficilement explicable, meme de maniere vulgarisee, en quelques mots. Ou alors, ce n'est pas vraiment de la physique, juste un peu de bla bla.

Dans tout les cas, mon message etait juste la pour donner plus de volume a la reponse (ex : coordinence, sans explication, va laisser n'importe qui, qui n'a pas fait de physique de la matiere condensee, un peu sur sa faim ). si happynewyear y trouve quelque chose qu'il peut inclure dans son travail, tant mieux, sinon, il peut toujours demander plus de details sur ce qui n'est pas clair.

T-K

[happynewyear]

bonjours,
vos reponses sont tous tres interessantes et je pense pouvoir en tirer pas mal informations. Et j espere pouvoir soliciter vos aides plus tard sur ce point si jamais je "patauge" encore.
Merci!