Atacamite - Définition

Introduction

Atacamite
Atacamite
Général
Formule brute	Cu2Cl(OH)3
Numéro CAS	1306-85-0
Identification
Masse formulaire	213,57 g/mol
Couleur	vert, jaune, vert-jaune, vert foncé
Classe cristalline et groupe d'espace	orthorhombique bipyramidale, Pnma
Système cristallin	orthorhombique primitif
Réseau de Bravais	Primitif P
Macle	très commun sur {544}
Clivage	parfait sur {110}
Fracture	Conchoïdale
Échelle de Mohs	3 - 3,5
Éclat	vitreux-adamantin
Propriétés optiques
Indice de réfraction	α=1,831 β=1,861 γ=1,880
Biréfringence	Δ=0,049 ; biaxe négatif
Dispersion	2vz ~ 75°
Fluorescence ultraviolet	aucune
Trait	vert pomme
Transparence	Transparant à opaque
Autres propriétés
Densité	3,8
Caractères distinctifs
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune
Principales variétés

L'atacamite est une espèce minérale composée d'oxychlorure de cuivre de formule Cu₂Cl(OH)₃. Les cristaux peuvent atteindre une taille de 10cm.

Inventeur et étymologie

Décrite initialement dans un mémoire de l'Académie Royale des Sciences Examen d'un sable vert cuivreux du Pérou par le Duc de la Rochefoucault, Baumé et de Fourcroy en 1786. C'est la description faite par D. de Gallitzen en 1801 qui fait référence et qui donne son nom à ce minéral ; le nom est inspiré du topotype.

Cristallographie et propriétés physiques

Structure cristalline de l'atacamite Cu₂Cl(OH)₃, projetée sur le plan (a, c). En rouge : atomes de cuivre, en vert : chlore, en bleu : oxygène, en gris : hydrogène. Le parallélépipède noir représente la maille conventionnelle.

L'atacamite cristallise dans le groupe d'espace orthorhombique Pnma (Z = 4).

• Paramètres de la maille conventionnelle : a = 6,030 Å, b = 6,865 Å, c = 9,120Å ; V = 377,5 Å³
• Densité calculée = 3,76 g/cm³

Les ions Cl^– ont une coordination trigonale prismatique (3+3) de cuivre et d'hydrogène.

Les ions Cu²⁺ sont situés sur deux sites non-équivalents, Cu1 et Cu2. Cu1 (aux sommets et au centre de la maille) est en coordination octaédrique déformée (4+2) de groupes hydroxyles (OH) et de chlore, Cu2 est en coordination octaédrique déformée (5+1) d'OH et Cl. Les groupes octaédriques de cuivre sont reliés entre eux par leurs arêtes de façon similaire aux octaèdres AlO₆ dans la structure de la spinelle.

La distribution des longueurs de liaison dans les octaèdres Cu1Cl₂(OH)₄ et Cu2Cl(OH)₅, quatre liaisons Cu-O courtes entre 1,94 Å et 2,02 Å et deux liaisons Cu-O et Cu-Cl plus longues entre 2,34 Å et 2,78 Å, est typique de l'effet Jahn-Teller rencontré dans les composés de Cu(II) et permet une description alternative de la structure en termes de groupes plans carrés Cu(OH)₄.

Dans cette description, les groupes Cu1(OH)₄ sont reliés par un sommet et forment des chaînes en zig-zag le long de la direction b, avec un angle de liaison Cu-O-Cu de 124,5°. Les groupes Cu2(OH)₄ sont reliés par leurs arêtes et forment des chaînes non-planes le long de la direction a, avec un angle de liaison Cu-O-Cu de 97,8°. Les chaînes Cu1(OH)₃ et Cu2(OH)₂, perpendiculaires, sont reliées par deux sommets d'une arête d'un groupe Cu2(OH)₄, formant des triangles isocèles de Cu²⁺.

La connaissance exacte de la configuration géométrique des porteurs de moment magnétique (ici, les ions Cu²⁺, de spin 1/2) dans un matériau est essentielle pour comprendre ses propriétés magnétiques. Dans les oxydes de Cu(II), les interactions magnétiques entre spins ont en général lieu par superéchange via les atomes d'oxygène, puisqu'il y a recouvrement des orbitales atomiques du cuivre et de l'oxygène. Les angles de liaison Cu-O-Cu jouent un rôle important dans la nature des interactions magnétiques. Comme les angles de liaison dans l'atacamite sont supérieurs à 90°, les interactions le long des deux types de chaînes sont antifféromagnétiques. Cependant, la configuration de spins triangulaire entre les chaînes peut, selon la force des différentes interactions, entraîner une frustration magnétique, empêchant un ordre à longue distance des spins. Des mesures en température de la susceptibilité magnétique ont montré qu'en dessous de T = 9 K, l'atacamite présente un système antiferromagnétique désordonné : les spins ne sont ordonnés que localement (verre de spin).