Problème posé par la résolution d'une structure cristalline
Détermination de structure cristalline par rayons X : méthodes numériques
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Problème posé par la résolution d'une structure cristalline
Détermination de structure cristalline par rayons X : méthodes numériques

Auteur(s) : Yves JEANNIN

Date de publication : 10 avr. 1996 | Read in English

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1 - Problème posé par la résolution d'une structure cristalline

2 - Enregistrement des données

  • 2.1 - Choix du cristal
  • 2.2 - Centrage du cristal sur le diffractomètre
  • 2.3 - Recherche automatique de la maille
  • 2.4 - Affinement des paramètres de maille
  • 2.5 - Analyse critique du résultat

3 - Étapes d'une détermination de structure cristalline

4 - Conclusion

Sommaire

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Auteur(s)

  • Yves JEANNIN : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie de Paris - Professeur à l’université Pierre-et-Marie-Curie - Correspondant de l’Institut

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INTRODUCTION

L'utilisation des rayons X pour déterminer la structure des molécules dans l'état solide a pris un développement considérable avec l'avènement d'appareils de mesure des intensités de diffraction automatisés et avec l'apparition de calculateurs peu coûteux à grande vitesse d'exécution et à grande capacité de stockage. Les physiciens avaient résolu les problèmes fondamentaux de la diffraction. Les relations entre directions de diffraction et paramètres de maille étaient bien établies comme celles entre intensités de diffraction et coordonnées des atomes. Restait le problème de la phase puisqu'en optique seule l'intensité est accessible à l'expérience. Il fut résolu dans la décennie 1950-1960.

Il n'en restait pas moins vrai que le volume des calculs était considérable. La mise au point de nombreux programmes par les cristallographes incitent certains chimistes à utiliser les méthodes de la cristallographie comme une boîte noire. Ils sont tentés d'entrer les données dans les programmes sans en connaître ni le principe ni les limites et sans voir que tout cristal est une entité géométrique dont les symétries et/ou les pseudosymétries interviennent de façon considérable dans les calculs, générant des corrélations insoupçonnées pour un esprit non averti. La conséquence est immédiate : l'opérateur peu conscient de ces problèmes est accablé de déboires dont il ne sait comment se défaire.

L'objet de cet article est de mettre le doigt sur toutes les difficultés qui peuvent surgir au cours d'une détermination de structure cristalline.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-p1076

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1. Problème posé par la résolution d'une structure cristalline

Les fondements de la cristallographie géométrique et de la diffraction des rayons X par les cristaux sont décrits dans [1, 2, 3]. L'article [4] des Techniques de l'Ingénieur décrit la théorie de la détermination d'une structure cristalline par diffraction des rayons X. Il a notamment été montré que cette détermination passe par le tracé de la carte de densité électronique du cristal puisque les rayons X interagissent avec les électrons. On peut dire en quelque sorte qu'ils les comptent : ceci permet de relier la hauteur d'un pic de densité électronique au nombre d'électrons d'un atome, donc d'identifier chimiquement la nature de l'atome se trouvant en un point de coordonnées x,y,z.

Le calcul de la densité électronique ρ ( x, y, z) en un point quelconque de coordonnées x,y,z, prises en unités arbitraires c'est-à-dire entre 0 et 1, repose sur la formule

ρ( x,y,z)= h= + k= + I= + F( hkl)exp2πj( hx+ky+lz)

avec :

( hkl)
 : 
facteur de structure
hkl
 : 
indices de Miller caractérisant un plan du réseau cristallin

Ce calcul suppose que l'on connaisse la valeur du facteur de structure F(hkl) dont la signification physique est l'amplitude du rayonnement X diffracté par la famille de plans hkl du réseau cristallin....

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