11.19 : Solides covalents

Les solides de réseau covalent contiennent un réseau tridimensionnel d'atomes liés par covalence, tel qu'on en trouve dans les structures cristallines de non-métaux comme le diamant, le graphite, le silicium et certains composés covalents, comme le dioxyde de silicium (sable) et le carbure de silicium (carborundum, l'abrasif sur le papier de verre). De nombreux minéraux ont des réseaux de liaisons covalentes.

Pour briser ou faire fondre un solide de réseau covalent, les liaisons covalentes doivent être rompues. Comme les liaisons covalentes sont relativement fortes, les solides de réseau covalent sont généralement caractérisés par leur dureté, leur solidité et leurs points de fusion élevés. Par exemple, le diamant est l'une des substances connues les plus dures et fond à plus de 3500 °C.

Diamant vs Graphite

Le carbone est un élément essentiel ; le diamant et le graphite sont les deux allotropes du carbone les plus courants. Les allotropes sont des formes structurelles différentes du même élément. Le diamant est l'une des substances connues les plus dures, alors que le graphite est suffisamment mou pour être utilisé comme mine de crayon. Ces propriétés très différentes proviennent des dispositions différentes des atomes de carbone dans les différents allotropes.

Le diamant est extrêmement dur en raison des liaisons fortes entre les atomes de carbone dans toutes les directions. Le graphite est composé de feuilles planes de cristaux covalents qui sont maintenus ensemble en couches par des forces non covalentes. Contrairement aux solides covalents typiques, le graphite est très mou et conducteur électrique. Le graphite (d'une mine de crayon) déteint sur le papier en raison de la faiblesse des attractions entre les couches de carbone.

Graphène : matériel du futur

Une forme de carbone récemment découverte est le graphène. Le graphène a été isolé pour la première fois en 2004 en utilisant du ruban adhésif pour décoller des couches de plus en plus minces du graphite. Il s'agit essentiellement d'une seule feuille (un atome d'épaisseur) de graphite. Le graphène est non seulement solide et léger, mais il est également un excellent conducteur d'électricité et de chaleur. Ces propriétés peuvent s'avérer très utiles dans un large éventail d'applications, telles que des puces et circuits informatiques considérablement améliorés, de meilleures batteries et cellules solaires, et des matériaux structurels plus solides et plus légers. Le prix Nobel de physique 2010 a été décerné à André Geim et Konstantin Novoselov pour leur travail de pionnier avec le graphène.

Ce texte a été adapté de Openstax, Chimie 2e, Section: 10.5 L'état solide de la matière.