Formule structurale

[srvo2021]

Bonjour,

J'ai un DM à faire pour lundi, le voici : https://www.cjoint.com/data/JKzkAIPfkPV_dmgeol.png

Je n'y comprends... tout simplement rien. Pourriez-vous m'aider à comprendre déjà la première question ?

Merci beaucoup d'avance !

Clémence
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[Tawahi-Kiwi]

Pourriez-vous m'aider à comprendre déjà la première question ?

Qu'y a-t-il a comprendre a la premiere question?

Pourquoi la somme des oxydes est differente de 100?

Le total des analyses en oxydes donne 93,52%....ou sont les 6,48% restants?

T-K

[srvo2021]

Justement, c'est bien ce que je me demande !

Je dirais que comme c'est un minéral hydraté, un mica hydraté, il y a des ions OH-. Donc c'est H2O qui n'est pas compté.

C'est correct ? Les ions OH- sont où concrètement ?

merci bcp de l'aide !

[Tawahi-Kiwi]

C'est correct ? Les ions OH- sont où concrètement ?

La microsonde electronique ne permet pas l'analyse des elements plus leger que le bore (donc H, Li, Be) et en routine, on ne mesure pas non plus C, O et N.

Du coup, si on ne mesure pas l'hydrogene et l'oxygene, on est incapable de dire la quantite de d'H, d'OH^-, d'H₂O ou d'H₃O⁺ presente dans un mineral. On ne peut que les estimer par difference sur le total (qu'on suppose ~100% si la microsonde est calibree correctement).

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[srvo2021]

Désolée mais je n'ai pas compris votre réponse....

Est-ce que ma réponse était correcte ou pas ?

Désolée je suis completement larguée en minéralogie

[Tawahi-Kiwi]

La question '2' est une resolution classique d'analyse de microsonde. Tu dois avoir des exemples ailleurs, ca ne s'invente pas naturellement.

la question '3' doit sans doute etre essentiellement de la restitution sur base de tes connaissances de base en cristallochimie et la structure cristalline des phyllosilicates.

la question '4' decoule de la reponse '2' et '3'

la question '5' decoule de la reponse de '2' et '3' (et eventuellement '4')

la question '6' decoule de la reponse '2' et de connaissances de bases en chimie/cristallochimie.

T-K

[Tawahi-Kiwi]

Est-ce que ma réponse était correcte ou pas ?

oui, c'est H₂O qui n'est pas compte car on ne mesure pas l'hydrogene avec une microsonde electronique.

T-K

[srvo2021]

Merci pour ces éléments de réponse.

Auriez-vous un résumé de cours lié à cet exercice ou pas ? Car je n'y comprends strictement rien...

Et même un résumé de cours sur toute la minéralogie....
Désolée j'en demande beaucoup, mais là j'avoue que j'y comprends absolument rien.

[srvo2021]

OK c'est bon j'ai compris la question 1.

Par contre pourriez-vous m'expliquer comment justifier le nombre d'oxygènes utilisé dans le calcul sachant que... (cf énoncé) ?

ça je comprends vraiment pas ce que ça veut dire : pourrais-je avoir une explication svp ? Ca me permettrait de remplir le tableau !

[srvo2021]

(je parle de la question 2 pour la justification du nombre d'oxygènes utilisé)

[Tawahi-Kiwi]

OK c'est bon j'ai compris la question 1.

Par contre pourriez-vous m'expliquer comment justifier le nombre d'oxygènes utilisé dans le calcul sachant que... (cf énoncé) ?

ça je comprends vraiment pas ce que ça veut dire : pourrais-je avoir une explication svp ? Ca me permettrait de remplir le tableau !

Il y a trois moyens (classiques) de calculer une formule structurale sur base d'une analyse a la microsonde electronique.
Si je prends un exemple simple comme la forsterite Mg₂SiO₄, ces moyens sont:

- La somme des cations - pour la fosterite, c'est 2Mg+1Si = 3 cations
- La somme des equivalents oxygenes (~somme de anions) - pour la fosterite, c'est 4 oxygenes
- La somme des charges electriques. - pour la fosterite, c'est 2*Mg²⁺+1*Si⁴⁺ = 8 charges (positives ou negatives)

La somme des equivalents oxygenes est la methode la plus utilisee pour plusieurs raisons (mais elle n'est pas directement applicable a tout les mineraux (alliages, sulfures, sulfosels, halogenures,...)).

Pour un mineral qui n'est pas hydrate (ne contient pas d'OH^- ou H₃O⁺ et d'halogenes (F, Cl,...).
Le nombre d'equivalents oxygene est egal au nombre d'oxygene dans la formule.

Pour un mineral qui contient des hydroxyles (le cas le plus frequent, comme dans ton cas), un hydroxyle est equivalent a 1/2 oxygene (la notion d'equivalents oxygene est fortement liee a la notion de charge anionique, vu que un oxygene O⁼, c'est une charge de 2-; un hydroxyle OH^-, c'est une charge 1-. En fait le nombre d'equivalent oxygene = nombre de charges anioniques divise par 2).

Pour un mica dioctaedrique comme c'est le cas ici, la formule de base est: KAl₂[Si₃AlO₁₀](OH)₂
Le nombre d'equivalent oxygene est donc 10 oxygenes + 2 hydroxyles = 11 equivalents oxygenes (ou 22 charges anioniques).

Ce que tu fais ensuite dans ton calcul, c'est essentiellement une regle de trois pour ramener toutes les analyses d'oxydes a ces 11 'equivalents oxygenes' et les proportions de cations ne font que suivre la proportionalite que tu appliques aux oxygenes.

T-K

[srvo2021]

Merci de votre réponse.

Ce que je comprends pas, c'est que vous utilisez une donnée que l'on n'a pas ("formule de base est: KAl2[Si3AlO10](OH)2").

Moi dans l'énoncé de la question 2 j'ai uniquement la donnée d'un des pôles purs. Comment trouver le nombre d'équivalent oxygène à partir de cette donnée ?

Merci beaucoup pour l'aide car j'en ai vraiment besoin.

[srvo2021]

Ah je crois que j'ai compris la méthode de la somme des équivalents oxygène. Voici ce que j'ai fait :
https://www.cjoint.com/data/JKDkAYcO...tructurale.png

Est-ce correct ?

Comment puis-je compléter la dernière colonne du tableau avec cette donnée ?

(J'ai réussi à compléter les autres colonnes. )

[Tawahi-Kiwi]

Est-ce correct ?

C'est correct dans ce cas-ci, ce ne sera pas correct dans tout les cas legerement plus complexes (lorsque le fer est partiellement reduit ou oxyde, lorsque des sites vacants existent, etc.

Comment puis-je compléter la dernière colonne du tableau avec cette donnée ?

(J'ai réussi à compléter les autres colonnes. )

Il faut multiplier chaque proportion molaire d'oxygene equivalent par le nombre de cation (mole) dans l'oxyde correspondant.

T-K

[srvo2021]

OK, je crois que j'ai compris.

Alors, voici ce que j'obtiens pour le tableau complété à la question 2.

https://www.cjoint.com/data/JKDpsUKRY3Z_tableaugéol.png

Est-ce correct ? Voyez-vous des erreurs ? Surtout pour la dernière colonne ?

Si ce tableau 2 est correct, pourriez-vous me donner une piste pour la question 3 svp ?

Merci beaucoup de m'aider... !

[srvo2021]

En fait non, je n'avais pas compris.

Voici donc ma proposition définitive pour la question 2 : https://www.cjoint.com/data/JKDseird...tificatif2.png
Est-ce correct cette fois-ci ?

Pour la question 3, j'ai lu dans un bouquin que Si4+ est localisé au niveau des sites de coordinence 4 et Al3+ est localisé dans les sites de coordinence 6.

Mais comment le justifier ? J'ai ça dans mon cours : https://www.cjoint.com/data/JKDvNJG2r5H_cours.png
Faut-il utiliser ce modèle pour la justification de la réponse à la question 3 ? Et pour K+, que peut-on dire ?

Si vous pouviez me donner un exemple de justification pour cette question 3, ce serait vraiment génial, parce que je comprends vraiment pas.

Merci énormément de m'aider, j'en ai vraiment besoin. Désolée de vous déranger autant.

[Tawahi-Kiwi]

Est-ce correct ? Voyez-vous des erreurs ? Surtout pour la dernière colonne ?

Le meilleur moyen de verifier si un resultat est correct (ou du moins pas completement a cote de la plaque, c'est de s'assurer que le resultat ressemble a une formule structurale.

Dans le cas present, tes valeurs cationiques sur une base de 22 oxygenes devrait donner une somme de 12 cations (2K+6Al+6Si) et l'occupation de tes sites (en incluant les subsitutions doivent etre compatible avec la formule de base (ex: K+Na = 2).

Ton calcul de la derniere colonne etait donc faux car la base que tu utilises n'est 22 oxygenes, mais 2,716.
Pour obtenir la derniere colonne, tu veux t'assurer que la somme des oyxgenes (2,716) deviennent 22
Il faut donc multiplier de la meme maniere les proportions cationiques.
(apres avoir fait cela, la somme des cations est 13,93 (ce qui est mieux ), la somme Na+K est 1,87; Si = 6.16; Al+Fe= 5.85...etc comme ta correction de reponse semble l'indiquer)



Pour la question 3, c'est essentiellement de la restitution. La coordinence peut s'estimer sur base des rayons ioniques mais pas seulement (par exemple, Al³⁺ dans un mica est a la fois tetraedrique et octaedrique). Il faut donc que tu te referres au comportement general des differents ions et la cristallochimie des phyllosilicates pour repondre a cette question. Ce n'est pas 100% justifiable a ton niveau, on peut juste faire des comparaisons avec d'autres structures.

La silicium est toujours tetraedrique (coordination 4) sauf cas tres exceptionnels.
l'aluminium a un rayon ionique plus grand que le silicium, ce qui lui permet d'etre tetraedrique (4) ou octaedrique (6) suivant les situations Dans le cas d'un mica, l'aluminium issu de la substitution avec le silicium est tetraedrique; l'aluminium des feuillets 'dioctaedriques' est evidemment octaedriques.
Sodium & Potassium sont de gros ions alcalins dont la coordination va de 6 a 12 dans les espaces interfoliaires de la structure. Dans un mica, elle se situe entre 7 et 11. Tu ne peux pas justifier une valeur precise.

T-K

[srvo2021]

Bonjour,
merci de votre réponse.

Donc concrètement, que dois-je répondre pour la question 3 ?
Est-ce que ça suffit ça (voir le lien ci contre) ? https://www.cjoint.com/data/JKElOa7IHm4_coordinence.png

Mais quelle justification apporter ? Et que répondre pour K+ ?

De +, j'ai réussi la question 4 !

Pourriez-vous maintenant me donner une piste de réponse pour la 5 svp ?

[Tawahi-Kiwi]

Donc concrètement, que dois-je répondre pour la question 3 ?
Est-ce que ça suffit ça (voir le lien ci contre) ? https://www.cjoint.com/data/JKElOa7IHm4_coordinence.png

Ce n'est pas complet.
Il y a 3 sites dans une structure mica qui se resume a XY_2-3Z₄O₁₀(OH)₂ ou Z est tetraedrique, Y est octaedrique et X est le site interfoliaire.
Suivant les micas, Z=Si,Al; Y=Al,Mg,Fe,Mn,Ti; X=K,Na,Ca, [ ]

De +, j'ai réussi la question 4 !

Avec l'information que tu as fourni dans la reponse 3 ta reponse 4 ne peut pas etre correcte.

Pourriez-vous maintenant me donner une piste de réponse pour la 5 svp ?

La question 5 decoule de 3 et 4. Si tu reponds correctement a 3 (pour un pole pur), alors tu peux developper pour un mineral reel (question 4) et detailler la distribution des elements dans la structure (question 5).

Dans un mica dioctaedrique, la formule ideale est XY₂Z₄O₁₀(OH)₂. C'est sur cette base (ou sur cette base x2 comme donne dans l'enonce) que tu dois travailler et repondre a la question 4 et 5.

T-K

[srvo2021]

D'accord, merci, je crois que je comprends mieux. Désolée de comprendre lentement...

Voici donc ce que je propose comme réponse à la question 3 : https://www.cjoint.com/data/JKEvKvQBLyZ_r%C3%A9pq3.png

Est-ce correct ? Voyez-vous des erreurs ?
Que dois-je modifier ?

Cela suffirait comme réponse ? C'est assez justifié ?

Merci énormément pour toute l'aide !

[srvo2021]

Désolée, j'ai donné le mauvais lien, ma réponse n'était pas finalisée.

Voici ce que je propose ci-dessous, qu'en pensez-vous ?

https://www.cjoint.com/data/JKEwgisG...C3%A9pq3v2.png

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

C'est correct, mais il y a quelques connections logiques qui manquent (ou plutot une petite reorganisation dans ton explication car tout y est )...

Parmi les phyllosilicates, les micas ont une structure T-O-T (tetraedre-octaedre-tetraedre) ou les 'T' sont le [Z₈O₂₀] de la formule generique et les 'O' sont le Y_4-6 (les dioctaedriques pures ont seulement 2(4) octaedres, le troisieme est vide (ce sont entre autre les micas alumineux); les trioctaedriques ont leurs 3(6) octaedres occupes (ce sont essentiellement les micas ferro-magnesiens). Entre ces feuillets T-O-T, pour les micas, on y trouve le plus souvent un gros ion alcalin (K, Na, plus rarement Ca).

Le silicium, de part sont rayon ionique, est (quasi) toujours tetraedrique. Mais il t'en faut 8 pour completer les couches tetraedriques (qui sont toujours complete) donc avec les 6,16 Si.p.u.f. que tu as trouve, il te faut autre chose pour completer la couche tetraedrique.

L'aluminium a un rayon ionique legerement plus grand, ce qui lui permet entre autre d'etre en coordination tetraedrique ou octaedrique. C'est donc lui qui complete la couche tetraedrique.

Le reste de l'aluminium est octaedrique, et complete la couche 'O' avec Mg et Fe (que l'on considere ici Fe²⁺ mais ca n'a pas d'importance).
Oublie les sites M1, M2 et M3 dans des micas, cela ne fait que compliquer la chose (juste retenir qu'il y a 3 sites disponibles dans la couche octaedrique est suffisant). Il y a bien une organisation de la charge electrique mais ce n'est pas le but de l'exercice.

T-K

[srvo2021]

Merci beaucoup, je comprends mieux tout ce devoir !

J'ai rassemblé mes réponses aux questions 3, 4 et 5 ici : https://docs.google.com/document/d/1...it?usp=sharing

Pourriez-vous remanier ce que j'ai fait afin qu'il y ait une logique d'argumentation à la question 3 svp ? Moi je n'y arrive pas...
Pourriez-vous aussi corriger ce que j'ai écrit à la question 4 et à la question 5 ?

Ce devoir est très important pour moi, il me permettrait d'assurer déjà un petit capital de points dans cette UV très difficile...

Merci bcp de votre compréhension

[Tawahi-Kiwi]

C'est ok, c'est juste que certains mots liant les differents points que tu veux enoncer ne sont pas toujours choisi de maniere appropriee (il y a beaucoup de 'de plus' par exemple, qui s'utilisent quand tu as un point supplementaire a ajouter, pas quand tu fournis davantage de details)

Evite aussi de melanger les termes, notamment couche et feuillet (les trois couches tetraedrique et octaedriques forment le feuillet)

Dans ton texte, la coordinence des ions interfoliaires n'a qu'une justification dans la litterature scientifique. Tu ne peux pas deviner cela tout seul (sauf supposer que c'est superieur a 6).


Pour l'ecriture de la formule chimique d'un mica, il est mieux d'etre consistant (donc utiliser tout le temps la meme base, et l'ordre de presentations des sites) tout au long de ton travail.

Le formalisme des formules chimiques de mineraux est generalement le suivant:
- les alcalins et sites non complets en premier (ici, le site X),
- suivi des sites essentiels a la structure (complets ou pas) (ici, Y)
- et ensuite les sites complets de la structure (pour les silicates, c'est la que le silicium se trouve) (ici le site Z)
- et pour finir les hydroxyles et halogenes
- et l'eau en dernier s'il y en a.

Dans chacun des sites (donc au sein d'une parenthese), les elements sont presentes du plus abondant au moins abondant. Idealement, ta formule (qui est correcte en soit) s'ecrit donc:
(K_xNa_yCa_z)_Σ=x+y+z(Al_aFe²⁺_bMg_c)_Σ=a+b+c[(Si_dAl_e)O₂₀](OH)₄.

Pour le magnesium, je ne peux que te renvoyer a ta reference dans l'encyclopedie qui te donnes la reponse.

Pour la question 5 que tu as correctement repondu, l'occupation des sites est donne par Σ=...

Pour les analyses microsonde, tout ce qui est a moins de 0.1 a.p.u.f. n'est pas considere comme anormal.
Le site Z doit etre complet et tres proche de '8' (ce qui va de soit puisqu'on utilise l'aluminium pour s'assurer que c'est bien 8)
Le site Y d'un mica dioctaedrique est idealement de '4', mais c'est un cas ideal, et on sait que cela peut aller jusque '6' pour les micas non alumineux (biotite par exemple).
Donc obtenir un peu plus de 4.00 est tout a fait raisonable pour un mica blanc typique qui contient des quantites mineures de Fe et Mg.
Le site Z est interfoliaire et tres 'souple' (regarde ce que tu trouves dans l'encyclopedie, on peut y trouver des alcalins, mais aussi du calcium, des hydronium et de l'ammonium). Si tu regardes la classification generale des phyllosilicates, il existe meme des mineraux (talc et pyrophyllite par exemple) qui sont essentiellement comme des micas, mais ou l'espace interfoliaire est vide.
Tout ca pour dire que tant que ce n'est pas plus eleve que '2' (qui est le maximum d'occupation du site) rien d'inquietant; c'est en fait tres tres courant que ce site ne soit pas sature.

La question '6' ne devrait pas etre un probleme vu que tu as toutes tes donnees et que tout est coherent.

T-K

[srvo2021]

Bonjour,
d'abord merci bcp pour tte l'aide apporter !
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