 Minéraux : Cristallochimie, modèles & synthèses, propriétés |
| Participants: Philippe Léone, Yves Moëlo. |
Cette thématique se situe à l’interface entre la minéralogie et la chimie du solide, et s’appuie principalement sur l’étude des chalcogénures. Les sujets actuellement développés sont les suivants : |
Sommaire:
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| 1 – Systématique et cristallochimie des sulfosels de plomb et antimoine |
Les sulfosels de plomb et composés apparentés, naturels ou purement synthétiques, forment un vaste groupe dérivé sur le plan structural de l’archétype PbS, et dont les principes généraux d’analyse cristallochimique comparative ont été développés depuis le début des années quatre-vingt par le Professeur E. Makovicky (Université de Copenhague).
L’étude principale en cours, en collaboration avec le Professeur P. Orlandi (Université de Pise), a permis la caractérisation minéralogique et structurale d’un nouveau type d'oxy-(chloro-)sulfures de Pb et Sb, où l’oxygène et le chlore, malgré leur faible teneur, jouent un rôle cristallochimique spécifique. Il en est ainsi de la scainiite, Pb14Sb30S54O5, de la pillaite, Pb9Sb10S23ClO0.5, et de la pellouxite, (Cu,Ag)2Pb21Sb23S55ClO.
La dernière espèce en date, la rouxélite, Cu2HgPb22Sb28S64(O,S)2, a été dédiée au Professeur Jean Rouxel (1935-1998), fondateur de l’Institut des Matériaux de Nantes. La figure 1 ci-dessous en illustre la structure cristalline.
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Figure 1: Détail de la structure cristalline de la rouxélite (cliquez pour agrandissement) |
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| 2 – Synthèse, structures et propriétés magnétiques de chalcogénures et halogéno-chalcogénures complexes de Mn ou Fe |
La jamesonite, FePb4Sb6S14, est le prototype de ces composés, qui se caractérise par une structuration unidimensionnelle du fer, sous forme de chaînes simples d’octaèdres FeS6 accolés par deux arêtes opposées (Fig. 2 ci-dessous). La bénavidésite, MnPb4Sb6S14, en est l’isotype au manganèse. Une structuration en chaînes analogue se retrouve pour le couple FeSb2S4-MnSb2S4, tandis que les halogéno-chalchogénures du type MnPnXHal (Pn : Sb, Bi ; X : S, Se ; Hal : Cl, Br, I) montrent une condensation de ces chaînes en feuillets.
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Figure 2: Stucture cristalline de la jamesionite |
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L’anisotropie de distribution des atomes magnétiques (Fe et Mn divalents) au sein de ces matrices complexes conduit à différents types d’ordres et de transitions magnétiques, comme par exemple un ordre 3D suivant une modulation incommensurable pour MnSbS2Cl. La thèse de C. Doussier est focalisée sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux composés de ce type (Fig. 3), en s’appuyant sur les modèles structuraux présentés par les minéraux. |
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Figure 3: Courbes de susceptibilité magnétique de MnBiS2Cl et MnSbS2Cl |
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| 3 – 2D-misfits : Famille de la cylindrite |
La cylindrite est un sulfure complexe de Pb, Sb, Sn et Fe à structure de type sandwich formée de l’alternance de deux types de feuillets. Différents types de composés naturels (Makovicky & Hyde, 1981) ou synthétiques sont connus ; ils sont qualifiés de 2D-misfits du fait que, dans le plan des feuillets, au moins un des deux couples de paramètres cristallins est dans un rapport incommensurable (Figure 4). De nombreux composés synthétiques ont été obtenus à l’Institut (Wiegers & Meerschaut, 1992), et étudiés notamment du point de vue de l’anisotropie de leurs propriétés physiques. Les études actuellement en cours concernent la caractérisation chimique ou structurale de composés naturels. Par ailleurs un oxy-sulfure mixte de La et Nb étudié par Cario et al. (cf. thématique ???) se rattache à cette famille de misfits.
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Figure 4: Les chalcogénures “2D-misfits“ ont une structure qui résulte de l'alternance de 2 types de feuillets notés Q ((M,M')X) et H (TX2). Leur formule générale est [(M,M')X)m]1+x(TX2)n avec M = Sr, Y, Sn, Pb, Bi, Sb, Ln (lanthanides) ; M' = Nb, Fe, Mn, Ln ; T = Ti, V, Cr, Nb, Ta, Sn et X = S, Se. Le caractère incommensurable de ces composés lamellaires (2D-misfits) provient du rapport non rationnel de aQ/aH. |
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| 4 – Minéralogie régionale et cristallochimie des phosphates des groupes IIa et IIIb |
Les compétences de l’Institut permettent de valoriser le patrimoine minéralogique régional. Il en est ainsi de la carrière de Saint-Aubin-des-Châteaux (Loire-Atlantique), où a été défini un nouveau phosphate de strontium, la lulzacite, Sr2Fe(Fe,Mg)2Al4(PO4)4(OH)10. Cette carrière montre aussi l’expression minéralogique du scandium, élément particulièrement discret dans la nature, sous forme de son phosphate anhydre ScPO4 (prétulite – Fig. 5). Les études se poursuivent sur ce gisement.
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Figure 5: Cristal automorphe (bipyramide quadratique) de prétulite, ScPO4. |
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1. Misfit layer compounds (MS)nTS2 (M = Sn, Pb, Bi, rare earth metals; T = Nb, Ta, Ti, V, Cr; 1.08<n<1.23): Structures and physical properties.
G. A. Wiegers et A. Meerschaut (1992)
Materials Science Forum 100&101, 101-172.
2. Charge transfer in misfit layer chalcogenides, [(MX)n]1+x(TX2)m: A key for understanding their stability and properties.
A. Meerschaut, Y. Moëlo, L. Cario, A. Lafond et C. Deudon (2000)
Mol. Cryst. and Liq. Cryst.341, 1-8.
3. Pretulite with Sc-bearing zircon and xenotime from a paleozoic sedimentary iron ore (Saint-Aubin-des-Châteaux, armorican Massif, France).
Y. Moëlo, Y. Lulzac, O. Rouer, P. Palvadeau, E. Gloaguen et P. Léone (2002)
Can. Mineral.40, 1657-1673.
4. Neutron diffraction study of the magnetic ordering of jamesonite (FePb4Sb6S14).
P. Léone, G. André, C. Doussier et Y. Moëlo (2004)
J. Magnet. & Magnet. Mater.284, 92-96.
5. Lead-antimony sulfosalts from Tuscany (Italy). VIII. Rouxelite, Cu2HgPb22Sb28S64(O,S)2, a new sulfosalt from Buca della Vena mine, Apuan Alps: Definition and crystal structure.
P. Orlandi, A. Meerschaut, Y. Moëlo, P. Palvadeau et P. Léone (2005) Can. Mineral.43, 919-933.
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