Skuttérudite - Définition et Explications

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Introduction

Skuttérudite
Skuttérudite.jpg

Skuttérudite avec nickélite – Bou Azzer – Maroc (13x11cm)
Général
Catégorie Minéral
Formule brute (Co,Ni)As3-x
Numéro CAS 12006-41-6
Identification
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) formulaire 246,18 g/mol
Couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) Gris acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la...) à blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en...) d’étain
Classe cristalline et groupe d'espace Dyakisdodécaédrique; m\bar{3}
Système cristallin (Un système cristallin est un classement des cristaux sur la base de leurs caractéristiques de symétrie, sachant que la priorité...) CUBIQUE
Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) de Bravais Centré I
Macle possible
Clivage (Le clivage est l'aptitude de certains minéraux à se fracturer selon des surfaces planes dans des directions privilégiées lorsqu'ils sont soumis à un effort...) [100] Distinct , [111] Distinct
Habitus Massif (Le mot massif peut être employé comme :), cubique, octaédrique, dodécaédrique
Fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de continuité osseuse ("rupture" des os).) Irrégulière; conchoïdale
Échelle de Mohs (L'échelle de dureté de Mohs fut inventée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs afin de mesurer la dureté des minéraux. Elle est basée sur...) 5.5-6
Éclat métallique
Propriétés optiques
Trait Noir
Transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est...) opaque
Autres propriétés
Densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) 6.1 - 6.9
Fusibilité Assez facile
Solubilité dans l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) nitirque chaud
Caractères distinctifs
Magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques en mouvement. Ces objets, dits...) aucun
Radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie...) aucune
Principales variétés
Smaltite Bismuthosmaltite

Les skuttérudites sont une famille de composés cristallins dérivés du minéral CoAs3 (alliage de cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de masse atomique 59.) et d'arsenic) présent à l’état d’impureté dans les gisements de cobalt de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à...) norvégienne de Skutterud. Ce sont des composés très étudiés pour leur propriétés thermoélectriques prometteuses et pour leurs propriétés magnétiques exotiques. Leur structure possède une cage volumineuse dans laquelle peut être inséré un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) lourd. Elles peuvent donc être de type vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), ou binaires, ou de type remplies. Elles se présentent sous forme de poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) très friable, de couleur brune ou métallique suivant la composition.

Inventeur et étymologie

Décrit par Wilhelm Karl Ritter von Haidinger en 1845. Inspiré du nom de sa localité-type : les Mines de Skutterud, Snarum, Modum, Buskerud, Norvège.

Les skuttérudites binaires

Structure cristalline

Les skuttérudites binaires de la forme MX3 (avec M un métal de transition (On appelle métal de transition un élément chimique du bloc d du tableau périodique qui n'est ni un lanthanide ni un actinide. Il s'agit des 38 éléments des périodes 4 à...) de la colonne du cobalt, et X un pnictogène : phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.), arsenic (L’arsenic est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole As et de numéro atomique 33, présentant des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des...) ou antimoine) dérivent directement du minéral naturel CoAs3. Leur structure cristallographique, définissant un nouveau type, a été établie en 1928 par Oftedal. Elles cristallisent dans le groupe d'espace Im3 (groupe n°204). La structure cristalline est constituée d’un sous réseau cubique simple d’atomes M occupant les positions cristallographiques 8c de la maille élémentaire (1/4, 1/4, 1/4), les atomes X occupant les positions cristallographiques 24g (0, y, z). La maille cubique centrée contient 32 atomes comme le montre la figure (I).

Connaissant le groupe d'espace, la structure cristallographique est complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité...) déterminée par la connaissance des trois paramètres y, z (positions des atomes X dans la maille élémentaire) et a (paramètre de maille). Elle peut alors être décrite de deux manières complémentaires :

  • La figure (II) montre la structure skuttérudite (Les skuttérudites sont une famille de composés cristallins dérivés du minéral CoAs3 (alliage de cobalt et d'arsenic) présent à l’état...) en plaçant un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) M (site 8c) à l’origine de la maille élémentaire. Dans cette représentation, l’ensemble des positions prises par le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que...) de transition M constitue un réseau cubique simple. Au centre de six cubes sur huit se trouve un anneau rectangulaire de pnictogènes. Ces anneaux sont perpendiculaires aux trois directions cristallographiques (100), (010) et (001). Les deux derniers cubes sont inoccupés et correspondent au site cristallographique 2a. Cette représentation permet de mettre en évidence les liaisons chimiques X-X.
  • La figure (III) montre la structure skuttérudite en plaçant le site 2a (inoccupé) à l’origine de la maille. Cette représentation peut être décrite comme un réseau cubique simple de métaux de transitions, chacun étant situé au centre d’un octaèdre (Un octaèdre (du grec oktô, huit et hedra, face) est un polyèdre à huit faces. Si ses faces sont triangulaires, il possède alors douze arêtes et six sommets.) déformé de pnictogène. Elle met donc en évidence les liaisons chimiques M-X, et on voit alors clairement apparaître une cage volumineuse entre les huit octaèdres MX6, centrée en 2a.

Cette seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps....) représentation permet d’obtenir une « généalogie » de la structure skuttérudite qui peut se concevoir comme résultante d’une perte de symétrie de la structure perovskite ReO3 (groupe d’espace Pm3m, n°221). Celle-ci est constituée d’atomes de rhénium (Le rhénium est un élément chimique du tableau périodique, de symbole Re et de numéro atomique 75.) situés au centre d’octaèdres réguliers, deux octaèdres proches voisins partageant un sommet avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) Re-O-Re de 180° (figure ci-dessous). Le passage de la structure cubique lacunaire ReO3 à la structure cubique lacunaire de CoX3 se fait en "tiltant" les octaèdres MX6, avec au passage un doublement dans chaque direction de la taille de la maille élémentaire. De la même manière que la structure perovskite, la structure skuttérudite fait alors apparaître des cages volumineuses correspondant aux sites 2a de la structure cristallographique Figure (IV).

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