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GEO 2563Introduction à la minéralogie

Présentation du coursÉvaluations

CoordonnéesProfesseur : Pierre-Jean Thibault

Heures de bureau: à déterminer avec les étudiants (MCD113)

Téléphone : 562-5800 ext. 6743

Courriel : [email protected]

Plan du cours10 septembre – 15 octobreCristallographie & Chimie des Cristaux- Introduction à la symétrie non-translationnelle, aux systèmes

cristallins, aux groupes ponctuels, aux indices de Miller- Cristallisation, mâcles, intercroissance- Liaisons, polyhèdres de coordination, lois de Pauling

17 octobre: Examen de mi-session

22 octobre – 3 décembreMinéralogie systématique- Minéralogie systématique/chimie cristalline des principaux groupes

de minéraux (éléments natifs, halides, phosphates, carbonates, sulfures, oxides and silicates).

- La couleur dans les minéraux

Modèle proposé d’évaluation

1- Examen final sur la théorie 30% (30-40%*)2- Rapport de laboratoire/quizes/devoirs 40% (30-50%*)3- Examen de mi-session sur la théorie 10% (10-20%*)4- Examen de laboratoire (avec échantillons)10% (10-20%*)5- Projet de recherche individuel 10 % (0-10%*)

(*Possibilité de changer la valeur relative de ces évaluations)

GEO 2563Introduction à la minéralogie

Présentation #1.Définition d’un minéralIntroduction à la symétrie non-translationelle

Lectures requises : Chapitre 1, pages. 1-16(Pour les présentations 1&2) Chapitre 5, pages. 170-213

Chapitre 6, pages. 240-276

I. Qu’est-ce qu’un minéral?Un minéral est un solide naturel, homogène, possédant une composition chimique définie(mais généralement pas fixe) et un arrangement atomique hautement ordonné (appelé la structure cristalline). Il est généralement formé par des processus inorganiques.

1. NaturelLes minéraux ne sont pas synthétiques(fabriqué en laboratoire)Les équivalents synthétiques de minéraux ontle qualificatif “syn” après leur nom

2. HomogèneLes minéraux ne peuvent pas être brisé en plus petites composantes chimiquesUn minéral est considéré une “phase” unique dans le sens thermodynamique

Diopside (Diopside (pyroxpyroxèènene): CaMgSi): CaMgSi22OO66

SiSi4+4+

CaCa2+2+

MgMg2+2+

OO22--XX

3. SolideLes minéraux ne sont pas des gaz ou des liquidesL’exception étant le mercure liquide (Hg)

4. Composition chimique définie

Les minéraux sont composés d’élémentsprésents sous forme d’atomes ou d’ions

silicates: Si4+ + O2- = SiO44-

carbonates: C4+ + O2- = CO32-

phosphates: P5+ + O2- = PO43-

zirconolite: Ca2+ + Zr4+ + 2Ti4+ + 7O2-

5. Arrangement atomique ordonné

Les minéraux sont formés d’un arrangement interne régulier d’atomes, la structure cristalline

Na+

Cl-

NaCl – Halite (sel gemme)

Cellule unitaireLe bloc de construction de base d’un minéral est la “cellule unitaire”Une cellule unitaire est définie comme la plus petite unitéd’une structure qui peut être répétée pour générer la structure complète. Elle contient tous les éléments de symétrie et les particularités chimiques du minéral entierLes minéraux ne peuvent pas être décomposé en des composantes plus petites que leur cellule unitaireUne répétition régulière de la cellule unitaire produit le minéralLes dimensions de la cellule unitaire sont exprimées en Angstrom (Å)

1 Å = 10-8 cm ou 10-10 m

6. Inorganique

Les minéraux ne sont pas des composésorganiques (composés uniquements de C,H,N & O) et ne sont habituellement pas d’originebiologique

??

MinéraloïdeMatériaux naturels qui resemblent aux minérauxmais qui ne respectent pas un des 6 critères

Ex. verre volcanique – amorphe (ordre atomique àcourte distance seulement)

Ex. Minéraux métamictes : minéraux qui ont perdu leurordre interne à cause du dommage causé par uneirradiation interne

AMIL’Association Minéralogique Internationale (AMI) est responsible de l’approbation des nouveaux minéraux et de réviser la nomenclature et le statutdes minéraux de tous les ~4000 minéraux connusÀ peu près 40 nouvelles espèces sont décrites chaqueannée

Nickel et al. (1995): The definition of a mineral. Canadian Mineralogist, vol. 33, pages 689-690.

II. CristallographieCristal : Solide géométrique régulier qui est souvent

partiellement ou entièrement bordé par des faces cristallines.

- Un arrangement régulier d’atomes en 3 dimensions

- Le développement des faces cristallines dépend de : i) le temps de refroidissement (rapide – pas de faces)ii) la pressioniii) l’espace disponible – les faces cristallines ontbesoin d’espace pour grandir

Anhédrique Subhédrique Euhédrique

Pas de faces Certaines faces Le cristalcristallines cristallines entièrement bordé

par des faces

Types de cristaux

CristallographieLa cristallographieest l’étudesystématique des éléments de symétrie des cristaux

III. SymétrieÉléments de symétrie

- Une opération géométrique qui mène à la répétition d’un objet- Les éléments de symétrie peuvent êtretranslationnels ou non-translationnels- Dans ce cours, nous allons nous occuperuniquement des éléments de symétrie non-translationnels

3 Éléments de base de symétrienon-translationnelle1. Symétrie par rapport à un plan

2. Symétrie par rapport à une ligne

3. Symétrie par rapport à un point

1. RéflectionSymétrie par rapport à un plan : réflection- Implique un plan miroir (dénoté : m)

m1 !

m2 !

m3 ?m4 ?

1. Réflection

m

Projection stéréographique

Un plan miroir sur uneprojection stéréographiqueest toujours représenté par uneligne solide et épaisse

2. RotationSymétrie par rapport à une ligne : rotation

- Implique la répétition d’un objet (motif) autourd’une ligne, appelé un axe

- L’angle de rotation est donné par 360°/n où n = facteur de multiplicité (le nombre de fois qu’un objetest répété)

2. Rotation

60 °690 °4120 °3180 °2

--360 °1

SymboleAngle de Rotationn

2. Rotation

1Rotation d’ordre 1 – 360 °

2Rotation d’ordre 2 - 180 °

2. Rotation



2. Rotation

Pourquoi n’y as-t-il pas de rotation d’ordre 5 ?

6rotation d’ordre 6 - 60 °

2. Rotation

6

6

66

66 6

6

6

6

6

6

666

6Ordre 1 Ordre 2 Ordre 3 Ordre 4 Ordre 6

3. InversionSymétrie par rapport à un point : inversion- Relie un motif à un motif équivalent mais inversé, en

passant par un point (dénoté i)

A

B

C

A’

B’

C’

i = centre d’inversionX X’

4. RotoinversionLa rotoinversion est une combination d’une rotation et d’une

inversion (n + i)

3+m = 3/m

--

--

m--

i--ÉquivalentSymbolen

6

321

4

4. Rotoinversion

21

i i

Symboles :

4. Rotoinversion

3 4

4. Rotoinversion

6

En combinant tous les types de réflections, rotations et inversions, on obtient seulement 32 combinaisons uniques.

On appelle ces 32 combinations les Groupes ponctuels.(À suivre au prochain cours…)

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