Des liaisons ioniques aux polymères et les effets de structure

COMMUNICATION X

Des liaisons ioniques

aux liaisons polymériques

et les effets de structure

LES MICRO-SYSTÈMES

 CONSTRUCTIONNELS

SOMMAIRE de la Communication X

1 - Introduction. Définitions

2 - Mécanismes d'interactions constructionnels nucléaires

A - Forces nucléaires     B - Transmutations constructionnelles nucléaires

C - Mécanismes de jonction. Effet Tunnel

D - Mécanismes transmutatoires

1/- Paramètres opérationnels     2/- Désintégration     3/- Fission     4/- Fusion     5/- Temps de réaction

E - Libération énergétique

1/- Rayon α        2/- Rayon β        3/- Rayon γ        4/- Généralités

  3 - Interactions constructionnelles par liaisons de valence

A - Préliminaires    B - Liaisons de valence interatomiques

C - Mécanisme des liaisons de valence

1/- Liaison ionique     2/- Liaison de covalence     3/- Liaison métallique     4/- Liaison en résonance

D - Bilan énergétique

4 - Interactions constructionnelles par résonance GM

A - L'ensemble moléculaire       B - L'ordre structural       C - Structure réticulaire

D – Principaux mécanismes

1/- Liaisons en résonance GM       2/- Mécanismes de liaison      3/- Différentes combinaisons

a)- Complexe binaire       b)- Composé ternaire ou trigonal

c)- Complexe quaternaire et structure tétraédrique       d)- Complexe quinaire

e)- Complexe sénaire       f)- Complexe septénaire et structure des cycles hexagonaux

  
5 - Arrangements de translation mutationnelle et leurs effets

A - Arrangements de translation mutationnelle       B - Transitions de phases

C - Régions critiques de transitions de structure

1/- Les niveaux d'énergie d'excitation       2/- La pression       3/- L'effet thermique

4/- Propriétés d'hélicité ou la susceptibilité magnétique

D - Tensions seuils

1/- Tensions seuils des transitions de phase

2/- Réversibilité des états et alliages à mémoire de formes

E - Conductivité électrique

1/- Mécanismes de conduction     2/- Irrégularités de structure     3/- Effet de canalisation

4/- Qualité conductrice     5/- Alliages

F – Cinétique énergétique et liaisons polymériques

1/- Cinétique chimique       2/- Liaisons polymériques       3/- Les effets de structure

Liens

                                                                                                                                                                                   

« Ce n'est pas seulement le nombre des atomes,

c'est celui des mondes qui est infini dans l'univers. »

Epicure

X - 1 - INTRODUCTION

QUELQUES DÉFINITIONS

Nous avions dit, dans le précédent cahier, et en nous basant sur notre modèle quantique, que les structures élémentales avaient, toutes, leur fondement dans un continuum évolutif généré à partir d'états structuraux initiaux par le moyen d'interactions mettant en scène diverses énergies - interactions basées toutes essentiellement sur le principe des interactions par résonance GM. Nous aborderons les principaux processus d'interactions dans les chapitres suivants de notre présente communication.

Mais, auparavant, définissons les quelques paramètres de base qui vont nous permettre d'aborder notre travail.

a)- Une force définit toute cause produisant un effet sur un système donné. Elle est caractérisée par une intensité et une orientation (c'est-à-dire la direction suivant laquelle elle s'exerce). Elle est déterminée par un vecteur induction orienté à partir du point d'application de la force.

b)- Tout, dans l'univers, est inducteur de flux et tout est effet de champ. Chaque système, micro- ou macro-cosmal, est caractérisé par son flux énergétique, sa VFP (Vibration de Fréquence Particulière), et ses séquences adaptatives aux excitations des champs incidents écologiques, avec effet immédiat ou retardé (retard de l'effet sur la cause, dit hystérésis), suivant les nécessités circonstancielles et les résistances rencontrées.

c)- La force d'inertie ou de résistance est la force exprimant l'effort nécessaire pour communiquer à une masse un effet cinétique. Elle est mesurée par la masse.

d)- Toutes les forces d'interaction sont des forces de contact, même à distance, les champs interagissant plus ou moins fortement suivant leur nature et leur portée relative.

e)- Les forces électromotrices et propulsives orbitales et axiales et d'orientation directionnelle, comme les forces contractives et expansives, absorbantes ou émissives, sont, toutes, les conséquences des quatre principales interactions, basées toutes sur les principes de résonance GM :

1)- Les interactions nucléoniques fortes. Elles régissent la cohésion nucléique par émission et absorption (chaque 10^-23s) périodique de mésons (de pions) par les nucléons à l'état protonique. La mesure du nuage mésonique est de 1Fermi (soit 10 ^-13cm) soit la même que la portée des forces entre deux nucléons. Ce qui fait que deux nucléons ne peuvent interagir que lorsqu'ils sont pratiquement à cette distance l'un de l'autre. Ces forces ne s'exercent pas en dehors du noyau. 
2)- Les interactions électromagnétiques. Elles sont 10^-3 fois plus faibles que les interactions fortes. C'est le champ du Photon, quasi-particule quantique de spin 1 et de masse nulle, agent de l'attraction électrostatique entre Protons et Neutrons. 
3)- Les interactions faibles. Elles sont 10^-14 fois plus faibles que les interactions fortes. 
4)- Les interactions de gravitation. Elles sont 10^-40 fois plus faibles que les interactions fortes. C'est le champ du Graviton, quasi-particule de spin 2 et de masse nulle.

Par analogie, les forces d'interaction fortes peuvent être comparées à la force d'un homme, les forces électro-magnétiques à la force d'une souris et celle des forces de gravitation à la force d'un microbe.

Toutes ces interactions sont basées sur un seul et unique principe : Le principe des interactions par résonance GM, faisant intervenir les énergies supra-luminales. Le connaissant, on pourrait obtenir des résultats exceptionnels avec de très faibles moyens et en des temps relativement assez brefs.

f)- Tout cède ou absorbe de l'énergie de façon pulsée. Les quanta émis ou absorbés sont proportionnels à l'énergie pulsatoire. Par conséquent, l'énergie quantique se déplace dans l'espace selon un processus ondulatoire spiraliforme.

g)- L'énergie n'est pas due exclusivement à la masse. Certes, la relation d'équivalence E₀= mc² reste toujours valable, mais nous avons introduit une nouvelle constante fondamentale: la séquence évolutive qui détermine principalement les périodes pulsatoires en ses deux cycles long et courts, ainsi que les temps de réaction... En effet, un électron à grande vitesse voit sa masse diminuer et son énergie croître.

X - 2 - MÉCANISMES D'INTERACTIONS

 CONSTRUCTIONNELS NUCLÉAIRES

Chaque élément nucléique, comme tout élément dans la nature et quelles que soient sa dimension et son énergie, est un dipôle. Ses champs GM sont donc polarisés ainsi que ses champs orbitaux. (Se reporter à la Communication VI).

A toutes les liaisons, à tous les niveaux, s'applique la loi d'attraction et de répulsion, suivant laquelle les extrêmes s'attirent et les semblables se repoussent mutuellement.

Les opérations d'interaction constructionnelle et de leur bilan transmutatoire qui modifie l'architecture interne des éléments, sont soit violentes (comme c'est le cas lors des transmutations nucléaires), soit « douces » (comme c'est le cas des interactions par résonance) – Ces interactions douces, après avoir atteint un seuil, laissent faire la nature, dans un processus entièrement soumis aux lois de causalité des cycles des transformations auto-génétiques, la progression évolutive se faisant suivant des rapports entiers...

X - 2 - A - Les forces nucléaires

Les forces d'appariement nucléonique entre nucléons différenciés suivant leur séquence évolutive (c'est-à-dire entre 2 protons, ou entre 2 neutrons, ou entre protons et neutrons) sont identiques. Si elles sont plus fortes que toute autre interaction, le rayon de leur action par contre, est relativement petit, de l'ordre du Fermi, soit moins que 10^-13cm.

Les champs énergétiques intranucléiques empêchent les nucléons de s'approcher à moins de 0,4 Fermi. Quand, sous pression, 2 protons se heurtent, le choc est élastique. En état de stabilité, 2 protons subissent une action réciproque à distance.

Les interactions inter-nucléoniques s'organisent en fonction de la distance mutuelle des nucléons selon un processus de résonance faisant intervenir divers paramètres. La force nucléonique n'agit que lorsque 2 nucléons se frôlent à une distance égale ou inférieure à leur propre dimension. Le potentiel d'interaction entre 2 nucléons est attractif pour des distances supérieures à 1,3 Fermi et infiniment répulsif pour des distances inférieures à 0,5 Fermi.

Les échanges énergétiques dans les zones d'accrochage résonnant provoquent :

1)- des variations volumiques importantes: Stable à 30 GeV, un proton qui mesure 43 millibarns (un barn=10 ^- 24cm²) , resserre jusqu'à 37 millibarns pour 60 GeV puis il recommence à se dilater vers 70 GeV. Il se dilate de plus en plus à de plus en plus grande vitesse jusqu'à un certain seuil non encore déterminé. Il mesure alors plus de 40 millibarns pour 2000 GeV. (Ces mesures ont été communiquées par le CERN.) La raison de ce défaut de masse puis de son acquit se retrouve dans le passage d'un état évolutif à un autre, suivant les schémas de notre modélisation théorique fondamentale.

2)- puis un échange de mésons, quanta quasi-particulaires dont les champs n'agissent que lorsque les protons sont à une distance mutuelle égale à leur propre dimension. Les mésons jouent le rôle du photon pour les forces électromagnétiques. Ils gravitent dans le plan équatorial du nucléon sur des trajectoires elliptiques.

D'autre part, les énergies d'appariement (tendant à conserver la forme sphéroïdale et la stabilité du nucléon) et les forces quadripolaires (tendant à le déformer par accélération) déterminant le comportement du nucléon et son niveau fondamental d'énergie, sont fonction de l'orientation du spin par rapport à sa direction de propagation (couplage spin-orbite) c'est-à-dire à sa séquence évolutive et réciproquement.

A spins antiparallèles, 2 nucléons sont liés entre eux par une énergie d'appariement de 2 à 3 MeV. Ces énergies d'appariement sont le fait de quanta VELaires de vitesse supraluminale.

X - 2 - B - Transmutations constructionnelles nucléaires

Tout est échange de quanta d'énergies supraluminales, luminales et infraluminales. C'est cet échange continu entre éléments qui détermine les propriétés différentielles de chacun des éléments. Ces quanta étant partout, en tout, identiques quant à leur qualité, il s'ensuit que tous les éléments avec leurs caractéristiques individuelles ne sont, en fait, que des états structuraux transitoires d'un seul et même élément, la Matière, continuum parfait saisi dans/par ses séquences évolutives. Et la transmutation est, justement, le passage naturel ou artificiel (forcé) d'un élément à un autre plus ou moins voisin.

Toutes les espèces élémentales, de l'Hydrogène aux plus lourds, sont engendrées à partir des éléments les plus légers. C'est la transmutation constructive. Et, inversement, les éléments lourds radioactifs se dégradent pour donner des éléments plus légers. C'est alors la transmutation destructive. Le Plomb, par exemple, est le point d'arrivée des transmutations successives subies par de gros noyaux radioactifs.

Ainsi, pour passer d'un élément à l'autre dont les propriétés sont totalement différentes, il suffit d'ajouter ou de retrancher un élément, et particulièrement les nucléons protoniques, suivant divers procédés, brutaux ou en douceur. Il suffit de réunir tous les déterminants nécessaires pour changer l'identité nucléaire (et chimique) d'un élément donné. Les transmutations nucléaires violentes sont difficiles et coûteuses. Elles nécessitent de fortes énergies initiatrices.

En modifiant le nombre de neutrons, on ne change pas d'élément. On passe d'un isotope à un autre, d'une variété de cet élément à une autre. Seules changent les réactions aux émissions radioactives ou le poids de l'atome isolé.

Les modifications électroniques entraînent des modifications chimiques, c'est-à-dire au niveau des combinaisons des atomes entre eux (quand les réactions nucléaires, elles, modifient l'identité des atomes eux-mêmes.) Elles sont relativement faciles car elles se font à température ambiante ou à température légèrement plus élevée.

X - 2 - C - Mécanismes de jonction - L'effet Tunnel

Chaque élément rayonne des champs énergétiques spécifiques dont les champs GM. Ces champs opposent des barrières alternatives de potentiel, d'autant plus élevées que le numéro atomique du nucléus est élevé.

Ci-après quelques valeurs de la hauteur de certaines barrières de potentiel : 0,5 MeV pour un Proton au contact d'un noyau moyen; 0,76 MeV pour un Deutéron ou Deuton (le plus petit noyau stable formé d'un Proton et d'un Neutron comme le Deutérium) heurtant un autre Deutéron (2H); 0,68 MeV pour un Deutéron heurtant un Tritium (3H); 1,25 MeV pour un Deutéron heurtant un noyau de Lithium ⁶Li.

Cette intensité du champ GM et la vitesse de libération de ce champ sont inversement proportionnels à l'altitude, mais uniquement dans les plans axi-symétriques.

En effet, tout élément étant un dipôle gyromagnétique et tout dipôle ayant les champs polaires libres, non couverts par des orbitales de hautes énergies, le noyau cible dipolaire s'ouvrira donc en un de ses pôles suivant l'orientation de sa séquence évolutive. Ce pôle attractif n'opposera aucune barrière de potentiel aux flux hautement énergétiques de matières luminales et supraluminales, et particulièrement aux particules incidentes orientées dans le sens général du noyau hôte, ou bien aux particules neutroniques (non chargées) qui se laissent porter ou guider par les lignes de moindre résistance.... C'est l'effet Tunnel. (Cf VI-13). Une particule incidente de haute énergie peut donc entrer dans la cible par le cône ou l'entonnoir polaire, dans la ligne de champ ouverte. Il lui suffit, entre autres, d'une impulsion minimale pour qu'elle se laisse capturer.

En dehors de cette voie directe, section la plus efficace de capture, deux effets sont observés :

1/- La particule incidente rebondit par diffusion élastique dans le cas d'évitement ou d'esquive, c'est-à-dire de jonction refusée ou de résistance;

2/- Ou bien elle pénètre le champs GM du noyau cible mais en est rejetée par la résistance qu'il lui oppose. Et le noyau, momentanément excité, retournera à son état fondamental en émettant un Rγ. C'est le cas de la jonction bloquée par un effet redresseur : Tout s'oppose à son passage.

Lorsque le noyau cible est frappé par une particule projectile suivant la section efficace de capture et qu'il l'absorbe, on observe plusieurs réactions qui varient suivant divers paramètres dont :

1/- l'énergie cinétique incidente ;

2/- la nature de la cible, son énergie de cohésion et son rapport de cohésion ;

et 3/- principalement, leur résonance fréquentielle en accord avec leur séquence évolutive. (Il existe par exemple, une résonance particulière pour E=7eV.)

Il en ressort que la probabilité de capture ne croît pas nécessairement avec la vitesse des particules incidentes. Bien d'autres paramètres beaucoup plus importants et plus efficace entrent en jeu. Il suffit par exemple d'orienter les éléments cible et projectile de manière à accorder leurs champs gyromagnétiques...

De toute combinaison de jonction, découlent des effets différents caractérisant le degré d'absorptivité de la cible (sa capacité d'absorption). Les réactions observées dans le cas de jonction autorisée suivant l'axe polaire (région d'absorption et d'éjection à vitesse maximale, la section la plus efficace), sont les suivantes :

1/- Une particule projectile est acceptée et absorbée suivant les lignes de champs polaires, par l'association nucléique qui, pour se dés-exciter, et grâce à son effet redresseur, émettra un quantum énergétique proportionnel.

2/- La particule projectile est absorbée mais le nucléus, ne pouvant supporter cet excès énergétique, se désintègre : C'est la fission.

3/- La particule projectile passe au travers de la cible sans interagir.

Ce sont les principes fondamentaux de toute transmutation nucléaire. De leur connaissance et de leur application judicieuse dépendront les transmutations en douceur et avec de très faibles énergies. Actuellement, toutes les transmutations nucléaires sont violentes, brutales, et nécessitent de très hautes énergies d'animation à un coût très élevé. Sans évoquer certaines de leurs applications catastrophiques (bombes A, H).

Dans les pages suivantes, nous décrirons principalement des réactions brutales les plus classiques...

X - 2 - D - Mécanismes transmutatoire

1)- Paramètres opérationnels

Pour qu'il y ait transmutation nucléaire, il faudrait réunir divers paramètres dont dépendra le bilan de la réaction :

- D'abord une substance fissile : la cible

- Puis une substance fertile : le projectile.

Ci-dessous quelques réactions-types (Tableau Figure 117) (Voir les illustrations dans la version PDF téléchargeable)

Une réaction nucléaire se produit lorsque au moins 2 noyaux (ou 1 noyau et 1 particule) entrent en collision. Le bilan se traduit par la création de nouveaux éléments et un dégagement d'énergie proportionnel à la puissance de la réaction. Les réactions de spallation (éclatement du noyau atomique sous l'effet du bombardement d'un nombre donné de particules) sont l'ensemble des réactions nucléaires dans lesquelles un noyau cible perd un ou plusieurs nucléons.

Les réactions se produisent également entre les particules elles-mêmes dégagées des noyaux:

p + e^-- + p ⇒ + neutrinos + 1,44 MeV

et entre particules subnucléoniques:

Méson + Kaon ⇒ Muon

Neutron + Neutrino ⇒ Neutron + Muon + BosonW⁺

Antineutron + Proton ⇒ Neutron + Positron

L'énergie, de choc en choc, se répartit par collisions successives entre tous les composants, déterminant une nouvelle structuration énergétique avec un réarrangement des charges du noyau.

2)- Désintégrations

a)- Désintégration constructionnelle

La réduction ou la désintégration d'un élément est sa transformation spontanée par

- soit la perte, à des périodes données, de la moitié de ses éléments nucléoniques (c'est le cas du Radium) ;

- soit sa dégradation de son état instable en d'autres éléments moins instables (c'est le cas du Plutonium 244), jusqu'à l'obtention d'un noyau stable. C'est une cascade de réactions fissiogènes, des états excités vers des composants stables aux états fondamentaux.

Par exemple, selon les calculs effectués, un gramme de Radium 238 perd, en chaque période de 1670 ans, la moitié de ses nucléons. (1➙ ½ ➙ ¼). Quant au Plutonium 244, au bout de sa période de 80 millions d'années, il se convertit en Uranium 240, de 14 heures de durée de vie, puis en Néon 240 qui a une durée de vie de 7 minutes et ensuite en Plutonium 240 d'une période de 66 ans. Au terme de la dégradation, on trouverait du Plomb et du Bismuth. L'Uranium 236 a une période de 4,4 milliards d'années. L'Uranium 235, 1 milliard. Après quoi, le premier donne du Plomb 206 et le second du Plomb 207... Ce processus est également suivi par les éléments relativement stables. Par exemple:

⇒ ⇒ et ⇒ + + 3p

et les particules subnucléoniques : Kaon⁺ ⇒ Muon⁺ + neutrino

Pour qu'un nucléus se désintègre, il faut l'accélérer, c'est-à-dire l'aider à accomplir plus rapidement son cycle évolutif jusqu'à l'explosion qui lui arrache au moins un nucléon, avec des expulsions de rayonnements relatifs, soit des transferts d'énergies de portée variable. Pour l'accélérer, il faut, au départ, une certaine énergie catalytique. Généralement 8 MeV suffisent pour obtenir une désintégration brutale. Mais pour l'Etainil faut au moins 20 MeV. Les états excités le sont en fonction du nombre de masse A. Les interactions résiduelles extérieures sommaires, interagissent très faiblement.

Notons 1/- que l'émission d'un proton est une caractéristique des éléments impairs;

2/- qu'il est plus aisé d'arracher simultanément 2 protons d'un noyau qu'un seul, l'énergie cinétique du diproton, de charge 2 et de nombre de masse 2, étant égale à la somme des énergies de liaison des 2 protons.

b)- Le rapport Z/N (nombre de protons / nombre de neutrons)

La stabilité des noyaux dépend de ce rapport.

1/- Dans les noyaux légers, ce rapport égale à l'unité

2/- S'il est inférieur à l'unité, les noyaux trop riches en N ont tendance à se transformer spontanément pour atteindre un rapport stable: donne en 26 secondes ⇒ + e^- + γ (β^-). Le neutron excédentaire s'est transformé en proton.

3/- Si le rapport est supérieur à 1, les noyaux trop riches en protons ou déficients en neutrons, regagnent leur stabilité en diminuant Z au profit de N, par transformation d'un proton en neutron, par exemple

⇒ + e⁺ + γ (β+) 

3)- La fission nucléaire

C'est la scission, la désintégration d'un noyau lourd, à partir de Z = 98 en deux ou plusieurs fragments ou noyaux de masses sensiblement égales équivalents à la moitié de la masse initiale, plus des particules secondaires. La rupture est due à l'activation que subit le noyau initial sous l'action d'une particule incidente. Comme le montre le modèle suivant: (Figure 118a)

Un nucléus N₀ fissionne sous l'action d'une particule incidente qui l'a obligé à accélérer dans le sens de son évolution fissile, contractive, explosive (1). Si l'activation par l'énergie cinétique reçue s'avère insuffisante, le nucléus continuera son chemin évolutif. Il sera à peine accéléré ou bien il rejettera l'énergie excédentaire par résistance. Le mouvement fissile est irréversible à partir du stade (1), séquence dans laquelle la contraction accélère, déclenchant une lutte âpre entre les forces de cohésion et les forces de répulsion. Au stade (2), se déclenche la fission. Les nucléons se séparent en se repoussant mutuellement (3), avec un dégagement proportionnel d'énergies. Le stade (4) retrouve deux noyaux moins instables que le noyau initial. Ces noyaux vont continuer leur propre processus évolutif en se désintégrant jusqu'à retrouver un état de stabilité relative. Par exemple, citons les générations formées par les réactions en chaîne désintégrative divergente suivante:

⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒

La cadence de libération est maîtrisée dans la pile atomique qui peut contrôler toutes les phases de la réaction en chaîne.

Les énergies d'activation

Chaque réaction est caractérisée par une énergie-seuil minimale nécessaire pour la déclencher. Cette énergie est amenée, soit

1/- par un neutron lent ou rapide, d'une énergie d'au moins 100 KeV;

2/- soit par des particules chargées assez puissantes pour pouvoir franchir les barrières de potentiel ;

3/- soit par un photon gamma d'énergie d'au moins 5 MeV.

L'énergie de fission libérée s'élève à plus de 200 MeV par noyau, soit 24 000 Kwh par gramme.

4)- La fusion thermonucléaire

La fusion thermonucléaire est la principale source d'énergie dans l'univers. L'énergie est obtenue par la condensation des éléments légers.

Elle n'opère pas de réactions en chaîne mais des réactions ponctuelles, amorcées par l'introduction de neutrons lents. L'énergie est dix fois plus grande, par unité de masse atomique, que l'énergie de fission. Et la fusion a l'avantage de ne pas laisser de déchets radioactifs. Le temps de réaction fusionnelle est très court.

Les noyaux légers susceptibles de subir la fusion sont:

- les 3 isotopes de l'Hydrogène : (le Deutéron qui, avec l'Oxygène, donne l'eau lourde etle Tritium;

- les 2 isotopes de l'Hélium et naturel (α);

-les 2 isotopes du Lithium et

Ci-après quelques réactions fusionnelles-types avec leur bilan énergétique. (D=Deutérium, T=Tritium)

- Fusion contrôlée : D + D ⇒ T + p + 4,0 MeV

D + D ⇒ + n + 3,2 MeV

D + T ⇒ α + n + 17,6 MeV

D + ⇒ α + p + + 18,4 MeV

+ n ⇒ α + T + 4,8 MeV

+ p ⇒ α + + 3,9 MeV

- Bombe H : + D ⇒ α + α + 22,3 MeV

5)- La fission thermonucléaire

Ce troisième type de réaction nucléaire qui se produit à très haute température est sans déchets radioactifs. La fission thermonucléaire brise des noyaux légers (de poids atomique de la forme 4n - 1) par un proton. Ce qui donne des particules α et une énergie conjuguée considérable. Ce qui est explicité par la réaction suivante :

+ p ⇒ 3α + 8 MeV

6)- Les temps de réaction

Les quasi-particules en collision interagissent plusieurs fois chaque quelques 10^-23secondes. C'est le cas des interactions fortes μ + p. Les interactions électromagnétiques p + e^- s'opèrent en 10^-20secondes. Les interactions faibles s'opèrent en 10^-8secondes. Le rapport entre les 3 temps de réaction est le même qu'entre 1 seconde, 2 minutes et 300 millions de siècles. Et les forces Gravitationnelles sont 10¹⁵ fois plus faibles que les forces d'interaction faible.

La fission de l'Américiumse fait en 14 millisecondes. L'isomère Polonium subit une désintégration avec une période de 45 secondes.

X - 2 - E - La libération énergétique

Chaque élément est un émetteur énergétique. Sa radioactivité se manifeste quand sa maturité évolutive spécifique culmine. Et chaque désintégration transmutatoire dégage, par ses effets dislocatoires, une énergie proportionnelle, émise dans des directions relatives. Par exemple le Radiumse désintègre en donnant du Ruthénium+ plus une énergie libérée de 4,79 MeV.

Les énergies sont dégagées particulièrement sous forme de rayonnements radioactifs α, β, et γ (alpha, bêta et gamma). En fait, il n'y a que deux rayonnements radioactifs, α et β. Le rayonnement γ est toujours associé à l'un ou à l'autre. Les trois rayonnements ne sont jamais émis simultanément par un même noyau.

L'énergie émise dépend essentiellement

1/- de la concentration des atomes initiaux (cible);

2/- du flux des particules incidentes (projectiles);

3/- de la probabilité d'interaction;

4/- du temps de réaction.

Les relations avec les masses atomiques sont les suivantes : L'émission α diminue Z (nombre de protons) de 2 unités et A (nombre de masse) de 4 unités ; l'émission β+ (e+ et neutrino) diminue Z d'1 unité sans modifier A; l'émission β- (e- + γ) accroît Z d'1 unité sans modifier A.

   
1)- Le Rayonnement Alpha Rα

Une particule (père), en passant d'un niveau à un autre, émet un Rα identifié à un quartet de nucléons (fils) (2p + 2n), dont l'un est un noyau d'Hélium, de charge positive, quartet de base dans la construction des noyaux.

Par expulsion de Rα, l'élément père émetteur est modifié. Il est transmuté. Il rétrograde de 2 cases sur le tableau de Mendeleïev, c'est-à-dire que la masse atomique A diminue de 4 et le nombre Z de protons diminue de 2.

L 'expulsion (exoénergétique) est le fait particulier des éléments lourds excédentaires en protons. La réunion de 4 protons p+p+p+p donne+ 2e+.

Le Rα est peu pénétrant. 1 à 8 cm d'air l'arrêtent. Sa vitesse maximale est de 20.000 Km/s. Hα émet sur une longueur d'onde de 6562.7Å.

2)- Le rayonnement Beta Rβ

Il est identifié à une quasi-particule électronique de charge négative, douée d'une vitesse luminique de près de 99% de la vitesse maximale de la lumière photonique.

L'effet exercé par l'expulsion de particules de Rβ, se caractérise par le fait que la masse atomique A reste la même mais que le nombre Z augmente de 1. L'élément avance donc d'une case. Le Rβ ne modifiant pas la masse du noyau, il ne modifie que la charge et donne des isobares.

Dans certaines réactions (faibles) avec une émission de Rβ, des neutrons se transforment en protons en 15 minutes, avec une émission d'une quasi-particule supplémentaire, le neutrino; ou bien des protons se transforment en neutrons avec émission d'un positron:

N ⇒ p + Méson m ⇒ e- + neutrino (β-)

p ⇒ n + e+ (β+)

Par conséquent, l'électron ainsi excité s'installe sur une autre orbitale.

Le Rβ est 100 fois plus pénétrant que le Rα. Sa vitesse maximale est de 290.000 Km/s.

3)- Le Rayonnement Gamma Rγ

C'est le résultat obtenu lors de l'émission d'un photon lorsque le noyau est excité. Le Rγ, identifié à un photon de charge nulle, est plus pénétrant que le RX. Toujours associé au Rα ou au Rβ , il n'altère pas le caractère chimique de l'élément. Généralement, dans une transmutation de A à B, c'est 1'élément B qui donne un Rγ.

De charge électrique nulle, il n'est pas dévié par les champs magnétiques. Il est 100 fois plus pénétrant que le Rβ.

4)- Généralités

L'isomérie nucléaire : Les noyaux excités se désexcitent lentement par émission γ avec une période de 8 mois. Les noyaux, dans cet état métastable, sont dits isomères.

Déviations : Les rayonnements sont dérivés suivant le champ qu'ils atteignent : Les Rα chargés positivement sont déviés par les champs positifs ; les Rβ chargés négativement sont déviés par les champs négatifs ; les Rγ neutres ne sont pas déviés.

X - 3 - INTERACTIONS CONSTRUCTIONNELLES

PAR LIAISONS DE VALENCE

X - 3 - A - Définitions préliminaires

- Il n'y a pas d'atomes isolés dans la nature. Les atomes simples s'associent et se combinent différentiellement électivement pour former des édifices stables qui comptent de 2 à des milliers d'atomes.

- Chaque élément forme son propre environnement de coordination. C'est sur les distances variant autour de 1Å soit 10 ^- 4μ, que s'organisent les relations d'échanges interatomiques. C'est de la nature et du nombre des liaisons interatomiques que dépendent la structure et les propriétés moléculaires.

- Retenons, avant tout, dans l'organisation générale des liaisons interatomiques les phénomènes suivant :

1/- L'évolution des cycles : Chaque élément possède un cycle de vie spécifique. Et tout évolue toujours vers des conditions d'équilibre les plus étables suivant ses nécessités intérieures;

et 2/- l'entropie, qui est une constante de l'évolution transformationnelle irréversible et qui débouche, par boucle de retour, sur la néguentropie...

- Rappelons-nous que chaque élément se distingue par un nombre donné d'orbitales et que sa charge de valence (ou de conduction) différentielle en dépend. (Cf Figures 110 et 111)

- Ce sont les électrons des couches externes qui interagissent entre eux. Leur réarrangement commun définit les liaisons au sein d'une molécule, où l'on distinguera les atomes comme

- Donneurs (d'électrons),

- Accepteurs,

- Redresseurs ou porteurs mobiles...

- Un corps simple est formé d'atomes identiques.

- Les allotropes (du grec allos autre et tropos manière) sont les variétés d'un même corps, variétés exprimées par l'aspect (les formes) et les propriétés (le comportement, la manière d'être). L'allotropie est due à la variété de structure des composants, variété déterminée par l'évolution spatio-temporelle de l'élément : Du graphite au Diamant.

- L'isomérie nucléaire. Les isomères sont des molécules formées d'atomes identiques mais arrangées en des structures spatiales différentes suivant leur séquence évolutive. Ainsi, sont-elles lévogyres ou dextrogyre, symétriquement autour de leur centre.

- La tautomérie ou tautomérisation. Elle exprime le déplacement des atomes radicaux à l'intérieur d'une molécule. Ce déplacement est circonstanciel et dépend des champs incidents. Les tautomères sont des couples d'isomères interconvertibles. Leurs réactions chimiques sont réversibles.

Le présent chapitre sera essentiellement descriptif.

X - 3 - B - Les liaisons de valence interatomique

La proportion dans laquelle divers éléments peuvent s'unir et se combiner par transfert d'électrons, détermine la valence ou l'atomicité) de ces éléments. La valence, l'affinité chimique et les changements d'états dépendent de la configuration électronique générale et, en particulier, de la constitution des orbitales extérieures et de la charge de l'orbitale de conduction.

1)- Les orbitales extérieures

Ce sont les orbitales périphériques qui sont responsables des « relations extérieures ». On en distingue deux:

- L'orbitale de conduction qui se trouve à l'extrême limite du champ nucléique. Chargée différentiellement, elle est liante ou anti-liante suivant la charge de la particule incidente.

- L'orbitale de valence, (peuplée, non chargée), dont les électrons sont responsables des liaisons interatomiques directes. Sa température approcherait du zéro absolu. Elle exprime une étroite bande de fréquence mais de grande intensité.

2)- Les électrons de valence

Les électrons qui se trouvent sur l'orbitale peuplée la plus éloignée du centre sont les moins liés. Ce sont les agents de transmutations chimiques à la suite de collisions et d'unions circonstancielles. Néanmoins, les électrons des couches profondes peuvent également participer aux liaisons chimiques, suivant l'excitation coercitive appliquée.

L'orbitale de valence ne peut porter plus de 8 électrons. Cet ensemble de huit forme un octet. L'orbitale de valence ne peut posséder plus de 8 électrons sans être instable.

3)- La saturation

Peuplée de 8 électrons, l'orbitale, saturée, est anti-liante. Et l'élément dans son ensemble est stable et sans activité majeure. Il poursuit normalement son propre cycle évolutif. Tel est le cas des gaz nobles : Néon, Argon, Xénon, Krypton, Radon. L'ensemble des charges nucléons - électrons s'équilibrent parfaitement.

4)- La capture (les Accepteurs)

Peuplée de 5, 6 ou 7 électrons, l'orbitale incomplète devient liante et a une forte tendance à combler les trous, les lacunes, les cavités de résonance, à se compléter afin de se stabiliser, en capturant 3, 2 ou 1 électrons livrés par un donneur éventuel généralement affinitaire. C'est le cas des métalloïdes accepteurs tri-, di- ou mono-valent comme les halogènes. On les dits anions ou ions négatifs.

Ainsi des électrons sont-ils injectés, sous l'effet d'une excitation thermique, dans l'orbitale de conduction liante qui les mènera, à travers une bande seuil, vers l'orbitale de valence..

5)- La cession (Les Donneurs)

Peuplée de 1, 2 ou 3 électrons seulement, l'orbitale a tendance à s'en défaire. Elle les perdra facilement en les cédant aux atomes qui peuvent les accueillir. Tel est le cas des donneurs, par exemple les métaux alcalins (1ère colonne du tableau de Mendeleïev).

Cette facilité à perdre les électrons de valence révèle l'aptitude de l'élément à conduire l'électricité ou la chaleur. C'est l'électrovalence. Abandonnant des électrons, l'atome sera dit un cation ou un ion positif.

Le dépeuplement complet de l'orbitale de valence laisse l'ensemble atomique chargé. La charge découverte appelle le peuplement immédiat afin de rétablir l'équilibre et la stabilité de l'ensemble. L'appel se fait au moyen de l'orbitale de conduction dont la charge est, par le fait même, également altérée. Une faible température suffit à laisser le donneur démuni d'un électron qui ne lui est pas nécessaire.

Les électrolytes sont les corps, les ions complexes, formés par électrovalence. Dissous dans l'eau, ils se dissocient en libérant leurs ions constitutifs...

X - 3 - C - Mécanismes des liaisons de valence

Le mouvement et la localisation des électrons dépendent de la nature de la liaison dans laquelle ils s'engagent. On distingue quatre types de liaisons. La position des atomes est bien définie suivant les forces et la nature de ces liaisons et de leur coordinence. Remarquons que plusieurs sortes de liaisons peuvent coexister et se conjuguer, particulièrement à l'intérieur des ions complexes, mais que l'une d'elles reste prépondérante.

1)- Caractéristiques des liaisons ioniques

a)- La liaison ionique. Le départ des électrons laisse des « trous » dans l'orbitale quittée. Ces emplacements vides sont de potentiels accepteurs de charge, acceptant tout donneur. Les recombinaisons se font par le couplage d'une paire donneur-accepteur (dite exciton) qui lie l'électron de valence à la place vacante suivant le schéma suivant (Figure l18) :

Cette liaison où un atome capture l'électron d'un autre atome est dite de valence ionique. L'énergie de liaison varie entre 2 et 15 eV.

Si, aux basses températures, l'orbitale de valence reste stable, non sollicitée, inoccupée (c'est-à-dire sans électrons appelés à combler les places vacantes d'autres atomes, ou bien sans électrons sortant), l'élément sera un isolant à la température considérée.

Une molécule ayant un pic excitonique est un complexe de deux paires d'excitons (donneur-accepteur) résultant de la liaison de ces excitons par couplage soit attractif soit répulsif, et correspondant à des états excités d'un cristal. Leur désactivation est provoquée par une émission de photons.

b)- Charger un atome, c'est le transformer en ion. Considérons par exemple la liaison ionique non-drective dans le composé ionique suivant (Figure 119)

Cl₂ + 2 Na ⇒ 2 Cl^— + 2 Na⁺

Chaque atome de Chlore capture un électron cédé par l'atome de Sodium. Ils sont ainsi polarisés, ionisés. Ils s'attirent par liaison hétéropolaire et forment des édifices ioniques.

Si un atome porte deux électrons sur son orbite de valence, il aura aussi tendance à les céder. Les atomes sont dit cations bivalents, porteurs d'une double charge positive à donner. S'il manque à un atome deux électrons, il aura tendance à les récupérer. C'est le cas des anions bivalents.

Remarquons le rôle des éléments de transition qui possèdent des orbitales incomplètes comme le 3d pour le Fer), et des Lanthanides qui ont plusieurs orbitales incomplètes.

La chaleur et l'électricité - dans le domaine infraluminal - sont transmises à tous les éléments d'un corps par le moyen des électrons libres ou célibataires...

2)- Caractéristiques des liaisons de covalence

a)- La liaison de covalence

Les électrons sont très localisés et ne peuvent voyager en toute liberté. Les liaisons interatomiques stables sont celles où les porteurs de charge - les électrons de valence - sont mis en commun : c'est-à-dire qu'ils vont et viennent régulièrement d'un élément à l'autre suivant des circuits délimités. Ce sont les liaisons de covalence, les plus fortes.

Autrement dit, deux ou plusieurs atomes, généralement semblables, mettent en commun chacun un électron. Le couple formé est un couple parents-enfants très difficile à briser. C'est le cas des diamants et des corps isolants. (Figure 120)

Le réseau de liaisons covalentes relie fortement les atomes. Une même orbitale ellipsoïde enveloppe les noyaux de la molécule covalente ou homo-polaire. Comme c'est le cas par exemple des réseaux simples ou complexes caractérisés par l'hybridation des orbitales, c'est-à-dire par le fait que leurs orbitales soient multicentriques. Plusieurs liaisons simultanées sont possibles. (Cf les Figures 121, 122 et 123).

Le partage des électrons de valence détermine 3 types de liaisons déterminant l'indice de coordination (ou coordinence) aux voisins immédiats:

1/- celui d'une structure (d'un métal idéal) présentant un empilement serré d'atomes, tel que chacun d'eux ait 8 ou au maximum 13 plus proches voisins liés;

2/- celui des isolants parfaits qui ont 6 proches voisins liés (comme le chlorure de Sodium, cristal ionique parfait dans lequel chaque atome de Na donne un électron de valence à chacun des 6 atomes de Chlore qui l'entourent). 30 cristaux sont analogues au NaCl;

3/- celui des semi-conducteurs qui ont 4 proches voisins liés, placés au sommet d'un tétraèdre régulier centré sur l'atome liant. C'est le cas du Silicium. 45 cristaux lui sont analogues. Cette structure laisse de nombreux espaces inoccupés (méats) dans le cristal. Généralement, il s'agit d'un mélange inégal de différents types de liaisons. Le degré d'ionicité et de covalence est relatif au potentiel ionique. Tout appariement, toute conjugaison, est un facteur de stabilisation, étant donné l'interdépendance des distributions électroniques.

b)- Les valences dirigées

Les orbitales de valence sont généralement localisées de façon préférentielle sur certaines liaisons. Les axes des orbitales centrées sur un atome pointent vers les atomes voisins, d'où le caractère directionnel des liaisons chimiques, correspondant à la recherche de la stabilité maximale. Les valences ne sont pas dirigées au hasard dans l'espace. Et la molécule cherche à s'adapter à la configuration la plus favorable. Ce qui implique que la force de liaison intermoléculaire est d'autant plus grande que les orbitales mises en relation par les atomes constituants se recouvrent le plus. L'énergie de conjugaison ou de résonance est maximale lorsque les axes de toutes les orbitales sont parallèles.

Ci-dessous, 3 cas de liaisons:

1)- Le premier, caractérise la molécule de Méthane CH₄, organisant, dans un environnement tétraédrique, ses mouvements relationnels internes par les 4 orbitales hybrides équivalentes d'H qui enserrent l'atome liant de C. (Figure 124)

2)- Le deuxième, qui caractérise un état d'hybridation digonal dans lequel deux orbitales hybrides équivalentes s'organisent suivant des axes colinéaires et de direction opposée. C'est le cas de la molécule d'Acétylène. (Figure 125)

3)- Le troisième enfin qui caractérise un état d'hybridation trigonal. C'est le cas de l'Ethylène H₂C = CH₂. (Figure 126)

 
3)- La liaison métallique

C'est le fait d'une société communautaire d'atomes, où les électrons voyagent d'un atome à l'autre. L'énergie de liaison est de 3,5 eV. (Figure 127)

4)- Enfin, la quatrième liaison en résonance

C'est le cas où deux atomes, éloignés dans l'espace, se déplacent en phase grâce aux vibrations (phonons) des atomes du réseau formé, suivant différents mécanismes de couplage énergétique. Ils agissent, à un instant donné et brièvement, comme des aimants. L'énergie de liaison est faible. De l'ordre de 0,01 à 0l eV. (Figure 128)

X - 3 - D - Bilan énergétique

1)- Bilan impulsionnel

Dans les liaisons de valence, réponse aux différentes jonctions (sous forme de photojonction, de recombinaisons radiatives spontanées, d'émissions stimulées, de destruction de la résistance de jonction, etc.), tout dépend

1/- du bilan énergétique de l'élément considéré (son spectre fréquentiel et son niveau d'acceptance ou de résistivité), ainsi que

2/- du bilan impulsionnel général de tension incidente.

Autrement dit, l'impulsion de tension pour accélérer un électron et lui communiquer l'énergie cinétique nécessaire pour le passage d'une orbitale à une autre est variable et dépend des paramètres en présence.

L'énergie (d'ionisation) minimale nécessaire pour arracher un électron à son orbitale quantifiée est d'autant plus grande que l'orbitale est plus profonde et que le nombre protonique est plus élevé. Inversement, un porteur de charge météoritique, pour occuper une place vacante, libère (généralement sous forme photonique) une énergie égale à celle qu'il faudrait pour l'arracher.

Généralement l'électron de conduction perd sa propre énergie dans les différents processus de liaison. Et son temps de vie s'en trouve proportionnellement diminué.

Les énergies d'ionisation nécessaires pour extraire un électron d'un atome et le transformer ainsi en ions positifs sont variables, par exemple 3,9 eV pour le Césium et 13,6 eV pour l'Hydrogène.

2)- Les transitions interorbitales

Les niveaux orbitaux sont multiples (sauf K). Ils sont groupés en doublets, triplets, … Certains sont interdits. Les électrons excités peuvent voyager d'une orbitale à une autre, comme le montre le schéma suivant : (Figure 129)

Lorsqu'un électron, recevant une quantité d'énergie impulsionnelle suffisante pour le libérer, s'éjecte et passe d'une orbitale à une autre (supérieure), franchissant les intervalles énergétiques chargés - par sauts successifs ou directement, en suivant certains couloirs de charge neutre, l'énergie absorbée ou émise est égale à la différence des énergies qui caractérisent les deux orbitales, relativement au trajet de l'électron.

Un électron peut demeurer sur sa nouvelle orbite pendant une période transitoire donnée, avant que l'équilibre fondamental ne soit rétabli, généralement par le retour de l'électron à son orbitale d'origine. En retombant de sa place transférée à son orbitale d'origine (donc retour à l'état stable), l'électron restitue l'énergie impulsionnelle qui l'a obligé à changer d'orbitale (généralement sous forme de photon).

Mais souvent, une décharge excitante est amplifiée et le transfert produit un processus d'avalanche. L'électron manquant est remplacé par un électron excité qui, à son tour, est remplacé... et ainsi de suite. (Figure 129b)

Ce mouvement d'échange et de recombinaisons radiatives provoque des émissions énergétiques correspondant aux différences énergétiques des orbitales impliquées. Cette mobilité dans le remplissage immédiat des places vacantes exprime la conductivité. L'exciton, nous l'avons vu, est ce système couplé lié par la paire électronique disponible, et que la recombinaison du couple annihile. Les complexes excitoniques les plus liés émettent, du fait de leurs recombinaisons radiatives, de la lumière photonique.

Une règle stricte de sélection (suivant les principes de résonance énergétique) interdit certains passages et permet ou favorise d'autres. Le nombre de combinaisons et de probabilités de transition reste très élevé.

   
3)- Les modes réactionnels

a)- Les réactions acido-basiques:

1/- La fonction acide. Cette fonction est celle des corps qui s'ionisent en solution aqueuse et dans tout solvant ionisant, produisant des protons, c'est-à-dire des corps capables d'émettre des cations H⁺.

Un acide est un accepteur de doublet électronique (soit une paire d'électrons dans un état d'énergie presque identique). Il forme des sels avec les métaux et des esters avec les alcools. Par exemple l'acide chlorydrique HCl ⇆ Cl + H^+, l'ammonium NH_{4 +} ⇆ NH₃ + H⁺, l'ion hydrogénosulfate HSO₄ - ⇆ SO₄ - + H⁺.Les acides sont neutralisés par les bases et réciproquement.

2/- La fonction basique. Elle est la fonction des corps capables de capter les mêmes ions H+. Une base est un donneur de doublet électronique. La Soude NaOH par exemple, s'ionise en Na+ et OH-.

Ces fonctions sont associées par couple. Complémentaires, elles sont conjuguées. A chaque acide correspond une base. L'équilibre est déplacé vers l'une ou l'autre forme selon le coefficient de la dissociation. Si ce coefficient est élevé, l'acide est fort.

b)- Les modes opératoires:

1/- L'oxydation: Le corps oxydé cède des électrons qui sont fixés et combinés par les atomes d'oxygène.

2/- La réduction: C'est l'inverse de la capture. Les atomes d'Oxygène se dépouillent. Si un corps peut prendre les deux formes, une oxydée et une réduite, il est dit oxydant et réducteur, et la réaction d'oxydo-réduction s'écrit

Ox + n_e ⇆ réd.

3/- La fonction analyse : Elle est l'opération de séparation des constituants intervenant dans un phénomène et de leur fixation sélective. Le tri du mélange réactionnel se fait alors par évaporation, distillation fractionnée, dissolution sélective, chromatographique, etc.

4/- Les réactions soit soit totales (une allumette brûle jusqu'à l'épuisement de son constituant, c'est-à-dire la consommation entière du bois), soit partielle ou fractionnaire, lorsque la réaction s'arrête avant l'épuisement de ses ressources...

L'équilibre statistique est atteint lorsque les rythmes de l'action et de la réaction coïncident, c'est-à-dire lorsque la réaction est réversible, instituant un incessant échange réciproque. La synthèse de l'Ammoniac se fait à partir de l'Azote et de l'Hydrogène: N₂ + 3 H₂ ⇆ 2 NH₃.

X - 4 - LES INTERACTIONS

CONSTRUCTIONNELLES

PAR RÉSONANCE GM

X - 4 - A - L'ensemble moléculaire

Définitions préliminaires:

- Tout est alliages. Le métal pur à 100% est rare.

- Un ensemble moléculaire est constitué d'un amas ou d'une association de systèmes atomiques organisés en une structure d'équilibre spatio-temporelle. C'est le plus petit élément capable d'exister à l'état libre et stable. L'alliage forme un tout cohérent avec des propriétés caractéristiques.

- Les atomes constituant la famille moléculaire peuvent, au cours des réactions chimiques, se déplacer d'une molécule à l'autre, tout en conservant les propriétés caractéristiques de la molécule.

- Les molécules simples mesurent entre 2, 6 et 8 Å. Les distances intermoléculaires sont de l'ordre de 100 Å.

- La masse moléculaire ou molaire est la somme des masses des différents atomes constitutifs. Seuls les corps purs et les composés définis ont une masse moléculaire reconnue.

- La molécule-gramme ou mole est la somme des atomes-grammes des éléments constitutifs. Par exemple, le mole de l'alcool éthylique C₂H₆O = (2x12C) + (6x1H) +16O = 46.

- Le volume moléculaire ou molaire normal est le volume occupé par une mole de gaz soit 22,4 litres, à 0°C et à la pression atmosphérique normale de 76cm de Mercure.

- Le nombre de molécules dans une molécule-gramme à l'état gazeux est d'environ 6,02.10²³ molécules. Dans un cube de 0,l mm de côté de gaz, il y a environ 27000 milliards de molécules.

- L'équation d'état d'un ensemble moléculaire exprime sa caractérisation par son comportement et ses relations d'état (c'est son potentiel d'interactions - qui n'est pas une sommation des interactions). La formule d'une molécule indique le nombre et la nature des atomes qui la composent.

- L'énergie de cohésion moléculaire dépend de l'arrangement des atomes et de leurs réseaux d'orientations différents. Elle varie en fonction des distances interatomiques. Elle est maximale quand le volume occupé par l'ensemble moléculaire est minimal. Cette condition se retrouve à basse température où l'écart entre les atomes est minimal.

- La VFP moléculaire. Chaque élément dans une molécule possède une fréquence vibrationnelle caractéristique. La résultante détermine la fréquence caractéristique de l'ensemble moléculaire. C'est particulièrement le radical constitutif qui imprime sa marque à la VFP résultante. D'autre part, tout changement interne dans la disposition des atomes entraîne des variations énergétiques, exprimées par la modification du spectre du champ local.

- Enfin, relevons que les éléments engagés dans tout phénomène constructionnel, et ce, en nombre et en nature, quelles que soient les réactions, sont conservées; que les proportions en poids des éléments combinés restent constantes; que les molécules se composent d'un nombre entier d'atomes de chaque espèce; et enfin que les volumes sont dans un rapport simple entre eux. Par exemple, 1 volume de Chlore Cl plus 1 volume d'Hydrogène H donnent 2 volumes de gaz chlorhydrique ; 3 volumes d'Hydrogène H plus 1 volume d'Azote N donnent 2 volumes d'Ammoniac NH₃...

X - 4 - B - L'ordre structural des atomes

L'ordre à courte distance entre des atomes est déterminé par la nécessité qu'ont ces atomes de satisfaire leurs valences. Cet ordre définit la distribution de densité d'états et la cohérence spatio-temporelle des molécules formées, c'est-à-dire leur structure interne. Ainsi par exemple, si des métaux possèdent des propriété voisines, ce n'est pas parce que leurs atomes se ressemblent, mais essentiellement parce qu'ils ont une structure identique.

Toutes les propriétés chimiques et physiques des éléments complexes découlent donc non seulement de la nature de leurs composants et de leurs interactions, mais essentiellement de l'arrangement structural spatio-temporel des atomes. Le diamant et le graphite sont composés tous deux d'atomes de carbone. Mais la disposition de ces atomes fait toute la différence entre le corps noir et le corps blanc

1)- La structure « désordonnée »

Il n'y a pas, en absolu, de structure désordonnée. Il y a uniquement des structures plus ou moins ordonnées et ce, suivant un référent d'ordre spécifique.

Si par exemple, par rapport à un référentiel de structure jugée objectivement strictement ordonnée, les atomes dans un corps sont disposés de façon relativement aléatoire au regard non-averti, ce corps est dit amorphe. C'est le cas des plasmas liquides, aux atomes rapprochés, et des gaz aux atomes très éloignés et se trouvant dans un état de non-stabilité (ou d'agitation) perpétuelle, où toutes les directions sont isotropes (équivalentes).

L'état désordonné est maximal lorsque la position de tout élément est quasi-indépendante de celle de tous les autres. Cette structure irrégulière provoque des distorsions. Elle est entretenue par le mouvement incessant des atomes qui s'entrechoquent. L'interaction croît lorsqu'ils s'approchent l'un de l'autre sous de fortes pressions.

2)- La structure ordonnée

Si les atomes sont disposés régulièrement, de façon triplement périodique par exemple, dans un espace tri-dimensionnel, ce corps est un cristal.

Les métaux sont des agrégats de petits cristaux. Le cristal est anisotrope, c'est-à-dire que toutes les directions ne lui sont pas équivalentes et qu'il s'oriente suivant une direction privilégiée suivant divers paramètres. Par exemple, la direction de propagation de la chaleur dans un cristal est plus rapide dans certaines directions que dans d'autres. Et le cristal ne se casse que suivant certaines directions déterminées.

La variation spatiale de l'ordre à courte distance dépend de la température. Plus on chauffe un corps, plus les déplacements de ses atomes composants sont importants. A une certaine température seuil, le cristal s'amollit.

X - 4 - C - La structure réticulaire

La structure du cristal est réticulaire, c'est-à-dire qu'elle forme un réseau régulier tridimensionnel groupant des atomes sur des plans parallèles et plus ou moins équidistants. Le diamant, cristal monochromateur, présente une structure pratiquement indéformable, d'où sa dureté. Chaque atome est absolument équidistant de tous ses voisins immédiats. Tous les éléments sont reliés ainsi identiquement par les mêmes forces de liaison.

Ce qui revient à dire que l'ordre est parfait lorsque le réseau, c'est-à-dire lorsque le motif, est répété identique lui-même comme dans une structure en maille, constante et régulière, répétition d'une série infinie d'homologues rigoureusement semblables. Le paysage est partout le même. Mais l'ordre dans la nature est rarement parfait. Il est souvent partiel et fixe les seuils du dés-ordre dans la disposition mutuelle hétérogène des chaînes moléculaires.

L'agencement intime du groupe spatial cristallin en réseau maillé (juxtaposition dynamique linéaire ou tridimension-nelle de mailles ou de cycles) se présente en classes de symétrie distinctes selon les éléments.

• Les mailles, suivant la dynamique linéaire, se présentent sous les formes suivantes:

- en mailles rectangulaires, de symétrie d'ordre 2; (Figure 130)

- en mailles quadratiques (ou carré), de symétrie d'ordre 4; (Figure 131)

- en mailles hexagonales, de symétrie d'ordre 6; (Figure 132)

- en mailles octogonales, de symétrie d'ordre 8.

• Suivant la dynamique tridimensionnelle, la structure maillée se présente sous différentes formes polyédriques en rapport avec les précédentes : en structure cubique, où tous les angles sont droits et toutes les arêtes égales; en structure quadratique, où tous les angles sont droits et 4 faces égales; en structure hexagonale; en structure rhomboédrique, où les arêtes sont égales mais aucun angle n'est droit; en structure orthorhonique, où tous les angles sont droits et les faces égales 2 à 2; en structure monoclinique, comme la précédente mais inclinée dans une direction; en structure triclinique, où toutes les arêtes soit inégales et aucun angle n'est droit.

L'écriture de la structure spatiale d'une combinaison moléculaire est la représentation schématique planaire statique d'une structure qui est dynamique (en mouvement continuel) et tridimensionnelle. Toute formule développée est donc un modèle tridimensionnel qui rend compte de la position relative des composants, ce qui permet d'identifier la molécule.

   
X - 4 - D - Principaux mécanismes

1)- Les liaisons en résonance GM (Cf VI-4)

 Chaque élément dans l'univers est dipolaire et entouré de champs GM qui lui sont spécifiques. Ces champs-enveloppes quasi-sphériques de dimensions variées englobant l'atome déterminent la structure des charges effectives et leur circulation.

La charge de surface ou celle de l'orbitale (extérieure) de conduction, (déterminée par les paramètres d'évolution en accord avec les champs écologiques, et donc sujettes à variations), déterminent la polarité générale de l'élément considéré généralement sous conditions normales de 0°C et 76 cm de Mercure.

Les axes les plus courts de l'enveloppe quasi-sphérique sont les axes verticaux (polaires) et l'axe horizontal exposé au centre du système. Ces axes dessinent les rayons de ce qu'on supposera être une sphère pour la commodité de l'exposé.

Les cristaux présentant une structure tridimensionnelle, nous placerons cette enveloppe quasi-sphérique dans un espace cubique. Les plans axiaux obliques sont les axes les plus longs, comme sur le schéma planaire suivant. (Figure 133)

Rappelons ici qu'à toutes les liaisons, à tous les niveaux, s'applique la loi d'attraction et de répulsion magnétiques suivant laquelle les extrêmes s'attirent et les semblables se repoussent mutuellement.

   
2)- Mécanismes des liaisons GM

Les liaisons interatomiques dans les cristaux s'opèrent de façon à ce que les atomes lient parallèlement (ou anti-parallèlement) leurs orientations mutuelles.

La ligne de champ la plus puissante, se trouvant en résonance directe, et ce quelle que soit la dimension des atomes considérés ou plutôt leur surface d'accolement, est l'axe de la plus courte distance entre les atomes, soit là où les rayons mutuels sont les seuls à ne pas être diffractés, comme sur le schéma suivant. (Figure 134)

Ainsi les molécules les plus stables voient-elles leurs atomes reliés suivant ces axes préférentiels les plus courts. Dans les autres molécules, les atomes se relient suivant leurs diagonales respectives et ce, quelle que soit leur dimension. Ces relations, suivant les axes préférentiels ou suivant les diagonales, déterminent l'état ordonné d'une molécule. Toute autre relation procède d'un état désordonné et instable. En effet, les champs GM d'atomes différents doivent s'harmoniser complémentairement pour former un élément uni et stable. Sinon, la combinaison est forcée et, par conséquent, instable.

En d'autres termes, pour former une molécule stable, les axes des atomes composants doivent se relier en ligne droite. Ce qui est explicité sur les schémas planaires suivants indiquant en 1/- une union parfaite entre différents éléments, et, en 2/- une combinaison instable, les lignes se réfractant sans aucune jonction. (Figures 135 et 136)

3)- Les différentes combinaisons

Les liaisons structurales interatomiques sont digonales (binaires), trigonales (ternaires), tétraédriques (quaternaires), quinaires, sénaires (cyclisées), et enfin septénaires, selon le nombre des atomes constituants et de leur arrangement principal, qu'il soit tétraédrique ou hexagonal... Les dernières combinaisons ne sont qu'une extension des premières.

Tous les arrangements de structure interatomiques s'appliquent également aux composés groupant des ensembles moléculaires, etc. Ainsi, les fonctions organiques d'une molécule donnée dépendent-elles, bien avant la présence d'un groupement d'atomes fonctionnels spécifiques, de l'organisation interne de la molécule. Ce qui permet de grouper en familles les composés organiques.

a)- Le composé digonal ou binaire

Dans le composé digonal, deux atomes lient parallèlement leurs orientations polaires mutuelles, sinon leur combinaison est instable et non viable.

La ligne de champ qui les relie est la plus puissante. C'est l'axe du plus court chemin entre les atomes La liaison est directe. Et les rayons mutuels sur cet axe ne sont pas diffractés.

Cet arrangement de symétrie d'ordre 2 est relativement stable et liant. (Figure 137)

b)- Le composé trigonal ou ternaire

Il groupe trois atomes dont deux de même nature ou de même charge. Les atomes de même charge ne pouvant s'unir directement, le troisième atome se placera nécessairement entre eux. Autrement dit, deux atomes de même charge - due principalement à la charge de l'orbitale la plus extérieure - ne peuvent s'unir sans la présence entre eux, d'un troisième atome de charge différente. (Figure 138)

Cet arrangement par enchaînement linéaire est stable et liant. La ligne de champ la plus puissante entre les dipôles orientés parallèlement est, comme dans le cas précédent, la ligne du plus court chemin entre eux. Sur cet enchaînement linéaire, les rayons mutuels ne sont pas diffractés et l'arrangement peut s'étendre indéfiniment sur cette ligne. C'est par exemple, la structure des molécules d'eau H₂O dans leur état général de stabilité.

c)- Le complexe quaternaire

Ce complexe groupe quatre atomes. Sa forme est soit tétraédrique soit cruciforme. 

1/- La structure tétraédrique. Dans le cas où trois atomes du complexe sont identiques ou ont des charges identiques, le quatrième, différent, se placera nécessairement entre eux, en les plaçant autour de lui, à une distance de résonance parfaite

Les trois atomes seront parfaitement équidistants l'un de l'autre et se serrent aussi étroitement que possible à l'atome central qui les relie. En d'autres termes, plus grand nombre d'atomes semblables s'agence autour de l'atome différent qui les nourrit. La structure pyramidale provoquée par cet arrangement est un tétraèdre régulier centré sur l'atome liant. Les effets de l'ensemble dépendront de la nature de l'élément central. (Figure 139)

Cette coordination tétraédrique est parfaitement stable et pratiquement autonome. Sa stabilité est due principalement à la combinaison des orbitales de valence. Comme dans le cas de l'Ammoniac N ou de l'Hydrogène arsénié AsH₃.

2/- La structure cruciforme. Dans le cas où les atomes sont deux à deux identiques ou dont la charge est identique, ils se placent en croix. C'est une extension de la loi sur la combinaison digonale. L'arrangement de symétrie d'ordre 4 est parfaitement stable. C'est le cas de Hα . (Figure 140)

d)- Le complexe quinaire

Ce complexe groupe cinq atomes disposés suivant des structures cruciformes.

1/- La structure tétraédrique. Dans le cas où 4 atomes sont identiques ou dont la charge est identique, le cinquième, différent, se placera entre eux en formant une structure tétraédrique régulière centrée sur l'atome liant, comme déjà vu précédemment. C'est, par exemple, le cas des semi-conducteurs, ou du méthane CH₄, où les quatre liaisons (équivalentes) de covalence de l'Hydrogène mises en jeu sont dirigées vers les sommets du tétraèdre ou trièdre trirectangle dont le Carbone occupe le centre, comme nous l'avons vu sur la figure 124. Cet arrangement est stable. (Figure 141)

Les tétraèdres s'enchaînent en de longues molécules suivant les liaisons disponibles et la chaîne reste ouverte. Ainsi que, le montrent par exemple les Figures 142, 143 et 144.

   
2/- La structure cruciforme. Dans le cas où trois atomes sont identiques ou dont la charge est identique, et les deux autres atomes différents, et en appliquant les lois des combinaisons quaternaires et ternaires, nous obtiendrons une structure linéaire cruciforme, découlant du refus des semblables de se rencontrer.

Cet arrangement est particulièrement liant. (Figure 145)

e)- Le complexe sénaire

Il groupe six atomes, en deux séries d'atomes de charges différentes. Leur arrangement suivra la loi de la combinaison binaire. Cet arrangement de symétrie d'ordre 6 est relativement stable et liant. (Figure 146)

f)- Le complexe septénaire

1/- Sphère anti-liante. Dans le cas où cet ensemble qui groupe sept atomes se subdivise en des groupes de quatre et de trois atomes de charges différentes, l'arrangement applique les lois de combinaison ternaire et quaternaire, comme le montre le schéma suivant. (Figure 147). Cette combinaison inscrite dans une sphère est la plus stable et pratiquement anti-liante.

2/- Structure des cycles hexagonaux. Dans le cas où cet ensemble se subdivise en deux groupes de six et un atome de charges différentes, l'arrangement prendra la forme d'un hexagone centré sur l'atome différent.

Ceci est particulièrement applicable aux combinaisons d'ensembles moléculaires comme dans le cas des composés dits cycliques (où la chaîne moléculaire n'est pas ouverte) : Cycles carbonés ou hexagonaux (carbures) comme le Benzène (Figure 148). Sur cette figure, nous avons posé en regard les préfixes donnés aux positions des ramifications.

Des composés cycliques accolent leurs cycles comme sur la figure 149.

Ces composés hexagonaux sont dits simples s'ils n'ont pas de ramifications latérales, et complexes s'ils en ont plusieurs qui s'insèrent dans une configuration compatible. Si la chaîne cyclique a des liaisons simples entre voisins, on dit du composé un cyclane. Il est inerte. C'est le cas des composés paraffiniques. On appelle cyclène-diène et triple, respectivement les composés cycliques dont la chaîne possède des liaisons doubles ou triples. Les cyclènes sont réactifs.

X - 5 - LES ARRANGEMENTS

DE TRANSLATION MUTATIONNELLE

ET LEURS EFFETS

X - 5 - A - Les arrangements de translation mutationnelle

Soit un combiné de neuf atomes disposés en couches 3 x 3 suivant le schéma en carré planaire ci-après. (Figure 150) L'atome du milieu n'est en contact direct qu'avec 4 atomes, les atomes numérotés 2, 4, 8 et 6. La disposition des atomes forme des axes de 90°. Par conséquent, le triangle formé par les atomes 2, 3 et 4 est isocèle.

Sous l'effet de certains champs appliqués (thermique, magnétique ou de toute autre compression isentropique...), les parois de jonction de cet ensemble se déplacent suivant des sites préférentiels. Cette nouvelle géométrisation obtenue se caractérise par une modification plus ou moins rapide des dispositions interatomiques, un réarrangement simultané de tous les atomes par déplacement latéral par plans entiers, dans une même direction - non arbitraire, mais dans la direction de l'effort subi. (Figure 151)

Ainsi aurons-nous une nouvelle disposition losangée, dans laquelle les méats diminuent. L'atome du milieu se trouvera comme dans une enceinte pressurisée, en contact direct avec 6 atomes, les atomes numérotés 1, 2, 4, 9, 8 et 6. Ce groupe septénaire de 7 atomes liés (dans un groupe de 9) possède de nouvelles propriétés caractéristiques, spécifiques. Ses potentialités et ses effets dépendant naturellement de la nature de l'atome central. La disposition des atomes forme des axes de 60° et de 120°. Par conséquent, le triangle formé par les atomes 2, 3 et 4 est équilatéral.

C'est cette structure qu'on retrouve lors des transitions de phase entre plasmas liquides et solides, dans les phases mésomorphes. A une certaine pression, les atomes s'arrangent en glissant de la formation carrée à la formation losangée, réduisant les champs entre eux. L'union devient de plus en plus étroite, supprimant toute élasticité, jusqu'à ce que l'énergie de cohésion soit maximale, c'est-à-dire lorsque l'écart entre les atomes devient minimal. Nous obtenons ainsi les cristaux de glace. C'est là tout le phénomène de la solidification progressive.

La continuité des propriétés dépend de la continuité des structures. Par conséquent, pour donner à un élément de nouvelles propriétés, il suffit de modifier légèrement sa structure compositionnelle, par des modes de translation adéquat. Et tout déplacement peut être bloqué à n'importe quelle phase.

   
X - 5 - B - Les transitions de phase

Toujours d'après notre modélisation théorique des Quanta, le plasma universel se distingue en plasma VELaire, de matières supraluminales, et en plasma VEMaire, luxonique, électro-magnétique, de matières infraluminales. Ce dernier regroupe les quatre phases plasmiques principales:

Plasma igné ➠ gazeux ➠ liquide ➠ cristallin

L'état d'un élément plasmique se définit par sa partition atomique, sa répartition spatiale, ses propriétés d'hélicité, sa compacité, son environnement, son nombre de coordination et ses régions critiques de transition de phase soit les seuils de passage entre les phases de plasma:

igné ⇆ gazeux ⇆ liquide ⇆ cristallin

Le feu est dans l'air; l'air dans l'eau et l'eau dans la terre. Tout, en définitive, est dans tout puisque formé par les mêmes éléments fondamentaux malgré leur apparente diversité.

1)- Les trois espaces de la partition atomique

a)- L'espace de phase : La distribution radiale des atomes au sein d'une molécule définit les différences de nature entre les transitions de phase.

b)- L'espace des mouvements : L'arrangement atomique d'un solide est déterminé par la limitation des mouvements autour de points déterminés. Par contre, celui d'un liquide - système étendu irrégulier – est déterminé par une certaine liberté et une amplitude de mouvement au sein d'un ordre à faible distance, les atomes pouvant se déplacer dans la totalité du volume occupé par le liquide.

c)- L'espace géométrique (des formes) : L'arrangement mutuel des constituants, par empilement, détermine les performances des alliages plasmiques. Les complexes compacts, comme nous venons de le voir, sont liés fortement. La répartition spatiale des atomes varie avec les variables - et surtout les résistances - thermodynamiques écologiques comme la pression, le volume ou la température. Dans l'état solide, les atomes sont très rapprochés. Dans un gaz dilué, la densité de matières est relativement faible. La distance entre les atomes est supérieure à leur diamètre.

   
2)- La compacité atomique

Ou la densité d'occupation. Chaque type d'arrangement ou d'empilement possède un coefficient de compacité particulier. Par exemple, l'empilement hexagonal compact possède un coefficient de compacité de 0,74. Et les empilements cubiques à corps centré, ou cubiques simples, ou cubiques compacts, possèdent des coefficients de compacité respectivement de 0,68, 0,52 et 0,74. Les fluctuations comme les variations circonstancielles de la concentration moléculaire et les émulsions ainsi que la répartition des grains d'émulsion en hauteur et leur diffusion, sont déterminants.

3)- L'environnement

Rien dans un espace chrono-spatial donné n'ignore les liaisons entre tous les constituants, car tout est relié par un même tissu de matières infra-luminiques, luminiques et supra-luminiques... Ne changent que les conditions d'existence des éléments.

Le volume occupé, c'est-à-dire la densité d'occupation d'une molécule, limite forcément les positions que peuvent prendre ses voisins écologiques. Ainsi, tout environnement moléculaire est-il modifié selon les circonstances, facilitant d'ailleurs le repérage topographique. Réciproquement, toute molécule s'adapte nécessairement aux restrictions, résistances et diverses conditions que lui oppose son environnement immédiat ou même lointain, par résonance GM. Mais la molécule, elle, n'étend sa sphère d'influence cinétique qu'à sa proximité immédiate.

4)- La vitesse

La vitesse moyenne des molécules dans un gaz est de 461 m/s pour O₂, 493 m/s pour N₂, 1838 m/s pour H₂, En regard, une balle de fusil possède une vitesse de 250 m/s, un obus de 75, 450 m/s, et les obus de DCA, 800 à 1400 m/s. Mais le parcours moyen d'une molécule est très faible, de l'ordre de 0,2μ pour H et 0,5μ pour N par exemple.

Le nombre de chocs par seconde d'une molécule atteint 5 milliards de collisions. La fréquence de collision augmente avec la densité, produisant des phénomènes dissipatifs complexes. Elle diminue avec la température.

5)- Les propriétés d'hélicité

(Se reporter au chapitre suivant, sur la susceptibilité magnétique et la conductivité électrique.)

6)- Le nombre de coordination

Chaque molécule possède un nombre donné de coordinations qui dépend de sa structure. Un cristal cubique, par exemple, possède 12 coordinations. Dans un liquide, le nombre de coordination varie d'un atome à l'autre.

Par ailleurs, les directions de liaison sont sélectives. Les réactions de proximité sont électromagnétiquement les plus déterminantes. Toutes les réactions s'opèrent par résonance ou en sympathie, avec les fréquences sur lesquelles la molécule est en accord harmonique.

7)- La réplication

Chaque plasma et chaque phase plasmique reproduit son semblable en sa propre dimension, en sa sphère d'action. Ainsi peut-on dire, suivant une analogie imagée, que le plasma igné ou le plasma cristallin s'épouse-t-il lui-même, s'engrosse-t-il lui-même et naît de lui-même... Mais en fait, il puise dans l'environnement immédiat les matières premières nécessaires à sa reproduction. Tout est lien. Tout est solidaire.

8)- L'inter-espace des transitions de structure

Les phases passent par des états intermédiaires, dits états mésomorphes, aux caractères spécifiques. Ainsi relèvera-t-on l'inter-espace mésomorphique et ses différentes étapes, entre les phases liquide et solide. Cet inter-espace est dit celui des cristaux liquides.

Liquide ⇆ mésomorphe ⇆ solide

Dans un solide cristallin, l'ordre est relativement total et la structure discontinue. Un liquide est homogène et isotrope. Toutes les directions de l'espace sont équivalentes pour le plasma liquide. Les cristaux liquides, présentant d'autres types d'arrangements moléculaires semi-ordonnés, possèdent donc des caractérisations différentes. Car toute modification locale ou globale d'un état d'ordre et de ses figures d'interférence entraîne un changement des propriétés.

   
9)- Topologie du cristal liquide

Les états mésomorphes présentent trois structures principales dans l'enchaînement des transitions de phases. Ils sont stables dans un intervalle de temps bien défini.

a)- Empilement du cristal nématique (de nema, fils). Il s'agit toujours d'un fluide mais qui devient anisotrope. L'orientation des molécules est préférentielle. Chaque aire est caractérisée par une direction d'orientation d'apparence aléatoire. Mais les axes d'alignement les disposent en parallèles à une direction commune. L'ordre reste à longue distance et les molécules sont libres, dans leur aire, comme dans un liquide. Un faible champ magnétique suffit pour les orienter dans une même direction et former ainsi un liquide homogène uniformément orienté.

Dans un cristal liquide nématique, un champ électrique fait apparaître des tourbillons hydrodynamiques régulièrement disposés qui réorientent les molécules suivant la direction induite, comme sur la figure ci-contre, prouvant encore une fois la validité de nos thèses. (Figure 152)

b)- Les spirales cholestériques (Cf Figures 153, 154 et 155). Elles sont dites ainsi parce qu'elles comportent des composés cholestériques. Les molécules sont arrangées en couches. Leurs alignements sont parallèles à l'intérieur de chaque couche. Ces molécules constituantes distinguent les sens de l'orientation. La configuration des couches est spiralée, c'est-à-dire que la direction axiale des molécules de chaque couche se déplace en tournant d'un quart de degré entre chaque couche. Dans cette rotation progressive autour d'un axe privilégié de rotation, le pas hélicoïdal mesure quelques 3000 Å, ce qui est assez important par rapport aux dimensions moléculaires. Le pas de l'hélice varie avec la température.

Ce pouvoir rotatoire très fort de cette structure périodique imprime donc une torsion générant des propriétés optiques remarquables. Une onde lumineuse, polarisée de manière rectiligne, tourne d'un angle de quelques 60.000 degrés par millimètre de substance traversée. Ce qui est énorme par rapport au pouvoir rotatoire des liquides organiques habituels, qui ne dépasse pas les 300° par mm. D'autre part, un champ magnétique puissant déroule la spirale cholestérique et la modifie en un arrangement nématique.

   
c)- Le cristal smectique (Cf Figure 154). C'est le cristal liquide le plus visqueux (smectique vient de « graisse ») et le plus proche de l'état solide. Il en existe plusieurs types de structure. Les molécules sont réparties en nappes de 20 à 30Å d'épaisseur, nappes ordonnées qui s'empilent régulièrement les unes au-dessus des autres. Elles gardent, au sein de chaque nappe, une direction privilégiée, inclinant leur axe en fonction de la température. Chaque nappe, comme un fluide bi-dimensionnel, glisse sur les nappes voisines. Sa mobilité, fonction de sa viscosité, dépend de la température. D'autre part, une température élevée affecte les liaisons entre les nappes mais sans rompre les liaisons intermoléculaires dans une même nappe. Le cristal smectique se comporte optiquement comme le quartz. (Figure 153)

d)- Les défauts de structure. Enfin, les défauts de structure dans les régions pathologiques des cristaux liquides, comme dans tout autre élément, conjuguant les interactions galvaniques, entraînent certaines modifications dans les propriétés. Leur mobilité dans les cristaux liquides, sous l'effet de tensions appliquées par exemple, accroît leur puissance.

e)- Les relations de phase. Les enchaînements de phase s'organisent différemment suivant la qualité des molécules. Pour les molécules à symétrie droite-gauche, les enchaînements s'organisent ainsi :

Liquide isotrope ↔ nématique ↔ smectique ↔ solide.

Dans le cas des molécules optiquement actives, les enchaînements s'organisent ainsi :

Liquide isotrope ↔ cholestérique ↔ smectique ↔ solide.

   
X - 5 - C - Régions critiques de transitions de structure

1)- Les niveaux d'énergie d'excitation

A l'état de repos et de relative stabilité, les éléments occupent les niveaux d'énergie les plus reposants, par relaxe économique. Cet état quantique est dit relativement stationnaire. Les éléments s'élèvent jusqu'à différents états excités suivant le degré d'énergie d'excitation incidente, accidentelle ou non, et leurs facultés de réponse adaptative, soit suivant le gradient de champ incident et les caractéristiques du quantum induit. Cependant seuls certains types de mouvements, certaines directions, certains états quantiques sont possibles, car ils sont déterminés et limités par des énergies correspondantes d'émission et d'absorption.

Le jeu des forces interatomiques par résonance transporte les impulsions sous l'effet de la pression et provoque l'apparition de phases. Ainsi, à certain niveau énergétique, se produit spontanément ou progressivement, une transition de phase, c'est-à-dire le passage d'un état plasmique à un autre. Les atomes, intimement mêlés, se séparent (➠ gaz) ou se regroupent (➠ solide):

Plasma igné ↔ gazeux ↔ liquide ↔ nématique ↔ cholestérique ↔ smectique ↔ cristallin

Plus la température monte, accroissant l'amplitude vibrationnelle des éléments concernés, plus l'ordre à grande distance diminue. L'alliage se désordonne. A une certaine température-seuil, un saut brusque de pression marque un changement de phase et la discontinuité de la structure et de ses potentiels d'interaction (c'est-à-dire de l'ensemble de ses propriétés). Ce saut détermine les seuils de passage entre les différents états de matière plasmique:

- L'état plasmique cristallisé relativement très ordonné. Les basses températures provoquent les combinaisons donnant les corps simples qui se groupent d'une manière très serrée.

- L'état plasmique liquide ordonné, où un corps n'a pas de forme propre. Il est fluide.

- L 'état plasmique gazeux, relativement des-ordonné, également fluide. Les éléments sont dispersés à haute température.

- L'état plasmique igné, gaz où n'existent que des cations et des électrons libres électriquement chargé. Le plasma igné est entièrement ou partiellement ionisé. Il l'est entièrement lorsque noyaux et électrons sont entièrement « libres » de se déplacer selon les lignes de moindre résistance de l'environnement, jusqu'à rencontrer un obstacle qui va limiter son extension.

Le plasma est généralement zonal, confiné dans une zone, c'est-à-dire dont les particules sont isolées thermiquement de leur environnement. Ces particules ont des trajectoires courbes et organisées, non aléatoires. (Toute in-organisation, neutralisant les effets, est circonstancielle). La Terre est entourée d'un plasma, l'ionosphère, qui s'étend entre 100 et 1000 Km d'altitude...

Remarquons qu'il n'y a aucune symétrie dans les phénomènes plasmiques. Les phases plasmiques ne se distinguent les unes des autres que par les arrangements des particules qui les constituent. Et quelle que soit la façon dont l'énergie est communiquée, les transitions sont soit spontanées, brusques, non graduelles, soit progressives (le verre se ramollit progressivement).

Les transitions brusques sont accompagnées souvent de distorsions dues à l'émission brusque de quanta énergétiques correspondants. Ces modifications sont dues au changement de densité. En effet, les transitions induisent une réorganisation complète de structure, déterminant, par exemple, une modification du type de conductivité électrique.

La séparation des éléments ou leur agglomération spatiale est partielle ou entière. Et les transitions sont réversibles. La tension seuil est minimale. Le passage d'un état à un autre est très rapide, en moins de 10^-10secondes. Les variations d'état sont nettement discontinues. Et les variations des propriétés conséquentes sont remarquablement nettes quand il s'agit du passage de l'état liquide à l'état solide, moins nettes entre les états fluides puisque ayant une continuité de structure, et indistinctes quand il s'agit du passage de l'état gazeux à l'état igné.

D'autre part, les points critiques de solidification, de liquéfaction, de gazéification et d'ignition varient suivant l'élément, sa composition et les paramètres écologiques qui lui sont coordonnés. On mesure ainsi la viscosité, la compressibilité, la densité de l'élément considéré, suivant ces points critiques.

Chaque transition de phase possède ses propres caractéristiques qui varient suivant divers paramètres. Par exemple, la viscosité de l'eau, sa facilité d'écoulement, est nulle dès qu'elle gèle. Et le volume augmente de 10% brutalement, opérant ainsi un changement de volume discontinu, tandis que la plupart des liquides diminuent de volume en gelant. Un autre phénomène est remarquable, celui de la surfusion. Une glace très pure chauffée puis refroidie, fond à 0°C pour donner de l'eau pure. Si l'on refroidit de nouveau cette eau, elle se solidifiera, non plus à 0°C mais vers -40°C. Dans les solutions non électrolysables, l'abaissement du point de congélation, 1'élévation du point d'ébullition et la pression osmotique sont proportionnels au nombre de molécules dissoutes. 

Abordons, à présent, les variables d'état déterminants la pression, la température, les paramètres liés à l'hélicité et enfin les tensions seuils.

2)- La pression

La pression est l'expression de la densité de la matière comprimée. Bien mieux que la dilatation thermique ou les échanges chimiques, la pression modifie l'arrangement, la distribution de densité électronique, le mode d'empilement, leur coordinence (le nombre de leurs premiers voisins), induisant des variations de conductibilité électrique, des changements de phases électriques ou magnétiques… Lorsque la pression augmente, les distances intra-moléculaires s'accroissent, tandis que les molécules se rapprochent.

La structure cristallographique se modifie selon la variation de la pression à laquelle la masse est soumise. Les atomes, équidistants, distribuent uniformément leurs électrons. Et la compressibilité de la forme moléculaire elle-même se modifie suivant le traitement. D'autre part, la pression, agissant sur les distances interatomiques, provoque des transitions continues entre les états isolants, semi-conducteurs et conducteurs, modifiant les propriétés de chaque phase (magnétique, optique...)

Le coefficient de compacité d'un élément donné augmente quand il se trouve soumis à des pressions importantes et sa température monte. Les bandes d'énergie empiètent alors l'une sur l'autre. Ainsi, par exemple, le Cuivre. Soumis à une pression de 4 Mbar, son volume se réduit de 40% et sa température monte à plus de 12.000°C.

A pression ordinaire, certains éléments cristallisent dans une structure à faible coordinence en raison de l'existence de liaisons covalentes. Ainsi en est-il du Carbone, du Silicium, du Germanium, de l'Etain. A une pression de 10 Kbar, un liquide se solidifie à la température ordinaire. La pression de solidification diminue lorsque la température décroît. Mais la production de pression hydrostatique reste difficile à basse ou à haute température, en raison des qualités mécaniques des outils actuellement disponibles. Les gaz légers ont des pressions de solidification très élevées à la température ordinaire, celle de l'Hélium par exemple se situe à 120 Kbar. Une pression de 100.000 bar est nécessaire pour réduire de moitié les métaux alcalins...

La pression et la température dépendent de l'intensité d'une rencontre entre champs. De super-pressions de 10 Mbar peuvent être obtenues par ondes de choc uniaxiales, par explosifs classiques ou nucléaires. Ainsi une pression peut-elle être appliquée par impulsions de moins de 10^-8s. La durée du choc varie entre 10^-7s et10^-5s selon la contrainte uniaxiale provoquée.

Entre 0,25 et 18 Mbar appliqués à l'Hydrogène, on assiste à sa transition vers l'état métallique. Cet état est métastable dans les conditions habituelles de température et de pression comme le diamant qui se forme de manière quasi-identique sous l'action de pressions élevées.

3)- L'effet thermique

La thermicité est fonction de la concentration et de l'ordre des constituants d'un élément simple ou d'un alliage, ainsi que de l'activation (la pression) qui est exercée. Autrement dit, la température mesure l'énergie de l'agitation de mouvement dans un ensemble. Une haute température l'accroît, un refroidissement la réduit.

La température, inversement proportionnelle à la densité des électrons, rompt, à un certain seuil, les liaisons ioniques. L'ordre se change en désordre lorsque la distance intermoléculaire devient supérieure à 30 ou 40 Å. Les molécules acquièrent alors une indépendance chaotique. Ainsi, lorsque la température est augmentée expérimentalement, l'agitation et les collisions subséquentes augmentent en nombre et en violence, jusqu'à ce que l'ensemble moléculaire considéré se brise en molécules plus légères qui se briseront à leur tour en atomes simples qui, à leur tour, vont s'ioniser en cations en perdant quelques électrons, qui, devenus libres, vont circuler, météorites cométaires électriquement chargés, sans être rattachés à un atome en particulier. Plus une charge subit une accélération, plus elle rayonne de chaleur.

L'énergie thermique croissante est convertie en énergie cinétique entropique. Des tourbillons quantiques se forment et s'élancent en jets spiralés. Les anneaux énergétiques, aux rayons de plus en plus étroits, se déplacent en fonction de divers paramètres plasmiques. Les tourbillons se forment particulièrement lors d'une variation soudaine de vitesse à l'intérieur d'un fluide.

Un accroissement de température tend, par l'agitation qu'il provoque, à détruire la structure de spin, c'est-à-dire l'ordre magnétique. Les moments magnétiques, qui étaient alignés à basse température, prennent des orientations relativement aléatoires et variées dans l'espace. Et à chaque orientation, correspond une énergie, un état quantifié, et cette énergie croît avec la vitesse. C'est le phénomène d'ébullition et des jets de plasma. Un certain temps de relaxation spin-réseau environnemental est requis pour le rétablissement de l'équilibre thermomagnétique.

A une certaine température critique, le moment magnétique de certaines impuretés magnétiques dans certaines concentrations, disparaît progressivement. Tel est le cas du Fer présent dans l'Or et le Cuivre. Certaines substances ferromagnétiques perdent leur moment magnétique permanent quand elles sont chauffées au-dessus de certaines températures-seuils. Ainsi, grâce à la chaleur, on peut provoquer des aimantations et des dés-aimantations générales ou bien locales, transitoires.

Dans le cristal d'Oxyde de Nickel antiferromagnétique, au-dessous d'une certaine température, des raies apparaissent. Et, elles disparaissent lorsque l'ordre magnétique disparaît.

La chaleur spécifique d'un atome-gramme est d'environ six calories. Celle d'un gaz monoatomique, environ trois calories et d'un gaz diatomique (parfait), environ cinq calories. On remarquera la relativement forte chaleur spécifique des métaux de transition.

Toute réaction-réponse chimique est soit exothermique, dégagement de chaleur favorisé par une décroissance de température, lorsque, par exemple, un liquide commence à se cristalliser; soit endothermique, absorption de chaleur favorisée par une élévation de température et une montée correspondante de tension, lors du passage d'une phase à une autre qui la surmonte. Et comme la vitesse des réactions varie suivant la température, nous avons constaté qu'elle double en général tous les 10°C.

4)- Propriétés d'hélicité ou la susceptibilité magnétique

L'équilibre d'un système dépend du nombre et de l'orientation de ses constituants. Mais en fait l'aimantation a rarement une direction fixe. Elle est subdivisée en de micro-domaines d'aimantation dont la direction varie d'un domaine à l'autre, composant leurs effets ou les unissant à courte distance. Leur aimantation générale s'oriente suivant leur plus grand axe. La susceptibilité magnétique exprime l'intensité potentielle d'aimantation suivant les différents états des atomes. Ainsi

a)- Les diamagnétiques sont les corps à susceptibilité négative et très faible. Les corps diamagnétiques ne possèdent pas des électrons célibataires. L'aimantation se fait en sens inverse de l'induction. Et elle ne dépend pas de la température. Ainsi en est-il de certains corps dont la susceptibilité notée Khi χ est la suivante: Eau χ = -0,72.10^-6 ; Alcool χ = -0,6.10^-6 ; Bismuth χ = -12.10^-6

b)- Les paramagnétiques ont une susceptibilité positive faible qui varie avec la température, diminuant lorsque la température augmente. Ainsi en est-il de l'Oxygène χ = 16.10^-6 et du Chlorure Ferrique FeCl₃ χ = 2,6.10^-4 . L'Oxygène liquide paramagnétique est retenu entre les pôles d'un électro-aimant, contrairement à l'Azote qui n'est pas paramagnétique.

c)- Les ferromagnétiques (cas particulier du paramagnétisme) ont leurs moments monodomainés couplés entre eux, alignés parallèlement et qui additionnent leurs effets. Ils ont une susceptibilité élevée. Leur aimantation est forte dans le sens de l'induction. Elle varie avec l'excitation. L'agitation thermique rompt cet ordre. A certaines températures seuils, ils deviennent paramagnétiques et l'aimantation décroît, comme le Fer à 775°C, le Nickel à 350°C et le Cobalt à 1100°C. Les conditions de ferromagnétisme sont très sensibles à un faible changement dans la structure électronique.

d)-Les antiferromagnétiques ont les spins parallèles orientés dans le sens inverse l'un de l'autre. Ils se compensent totalement. Le magnétisme s'annule. Il reprend pourtant à une certaine température. Tel l'Oxyde de Manganèse MnO.

e)- Les ferrimagnétiques ont les spins orientés comme dans les corps antiferromagnétiques, mais ils ne se compensent que partiellement. C'est le cas des ferrites caractérisés par le couplage antiparallèle entre les moments voisins mais de valeurs différentes.

X - 5 - D - Les tensions seuils

1)- Les tensions seuils des transitions de phase

Ce sont les tensions qui délimitent les seuils des transitions de phase, c'est-à-dire que le comportement d'un élément change soudain quand la tension appliquée atteint et dépasse un certain seuil. Il existe une large gamme de tensions-seuils. Toutes dépendent principalement de la structure magnétique, de l'hélicité.

Lorsqu'une tension-seuil est atteinte par activation, on remarque généralement un saut brusque avec un effet de claquage. Ce processus de claquage s'opère par propagation thermique accélérée (hystérésis thermique). Le champ de claquage d'une onde étant généralement de 2.10⁵ eV/cm.

Les tensions-seuils sont définies par les températures critiques de transition qu'elles soient d'ébullition, de fusion ou de solidification. Le temps de réaction dépend de l'impulsion donnée de diverses intensités, des charges d'espace, de la conductance faible ou élevée, du temps de recouvrement ou de rétablissement. Par une activation appropriée c'est-à-dire par un changement des conditions opératoires, tout équilibre moléculaire peut être déplacé vers la synthèse (par augmentation de la pression et donc de contraction de volume) ou vers la dissociation (par diminution de la pression).

Le déplacement des limites et des intervalles de variation est possible, comme nous l'avons vu pour l'eau. On peut ainsi faire varier la résistivité et obtenir des fluctuations aléatoires de potentiel avec, néanmoins, une altération correspondante des propriétés électriques. Pour augmenter la température critique de transition, on réalise des combinaisons d'éléments. Ainsi a-t-on pu réalisé des élastomères (aux propriétés élastiques), des plastomères (élastiques et moulants), des thermoplastiques thermodurcissables. Les fibres de charpente organique, comme la collagène, la kératine des cheveux, la cellulose des plantes, appartiennent à ces combinaisons souples.

Deux effets remarquables des transitions de phases sont à signaler : La réversibilité des états (et la mémoire des formes) ainsi que la conductivité électrique. (Voir les séquences suivantes).

2)- La réversibilité des états et les alliages à mémoire de formes (AMF)

Les variations d'état sont 1/- soit irréversibles, c'est-à-dire que l'effet de la commutation opère une conversion dans un état tout à fait différent, modifiant toutes les propriétés ; 2/- soit réversibles, avec transformation locale de structure. Dans le cas de réversibilité, on remarque la propriété qu'ont certains corps (après avoir subi une déformation au-dessus des transitions allotropiques) de reprendre leur forme originale après réchauffement.

Cette réversibilité opère suivant le processus suivant en deux étapes : 1/- D'abord une modification des dispositions interatomiques initiales donc de la forme à une certaine température; et 2/- après baisse de la température, on obtient un réarrangement identique à la disposition initiale. Cette mémoire des formes est une caractéristique de certains alliages métalliques, comme le Nitinol, le Nickel-Titane NiTi, l'Or-Cadmium AuCd, le Cu-Al-Ni, le Cu-Al et le Ni-Al. Par exemple, le monocristal d'alliage Au-Cd, préalablement déformé, se redresse sous l'effet d'un chauffage vers 70°C. Le même effet de mémoire est remarqué vers 280°C dans l'alliage (à 36,8%) Ni-Al. 

X - 5 - E - La conductivité électrique

La conductivité est la disponibilité qu'a un élément pour la conduction électrique. La résistivité est l'inaptitude au passage d'un courant.

La conductivité électrique varie suivant la distribution des états d'énergie c'est-à-dire principalement, selon que les niveaux d'énergie d'une bande de valence sont ou pas complètement occupés, ainsi que des propriétés de transfert de charge. La conductivité est proportionnelle au nombre d'électrons libres. Elle croît donc avec la température.

Dans les états conducteurs, les électrons, profitant du champs électrique appliqué, peuvent se déplacer sur les orbitales, opérant ainsi un changement de phase électronique. En état de conductivité, les champs orbitaux extérieurs absorbent les quanta incidents et les rejettent à un champ intérieur. La circulation des échanges se fait suivant des orientations homogènes privilégiées...

1)- Les mécanismes de conduction

Le mécanisme de la circulation du courant électrique est différentiel selon qu'il s'agit de fluides ou de solides. Dans les liquides, la circulation se fait par électrolyse qui provoque le déplacement mutuel des ions de charges différentes. Par exemple, le chlorure de sodium, mis en solution, fait récupérer leurs propriétés initiales à ses composants ionisés. L'un perd son électron au contact de l'anode, l'autre récupère le sien au contact de la cathode. Pendant la traversée, il y eut un transfert continu d'énergies. La circulation dans les gaz est presque identique.

Quant à la circulation dans les solides et particulièrement dans les solides à structure cristalline (homogène, régulière), elle se fait soit par un bombardement de photons qui provoque une émission photoélectrique ; soit par échauffement qui provoque une émission thermoélectronique ; soit par l'action d'un champ électrique élevé qui provoque l'extraction des électrons, etc. Cette circulation dans les solides prend diverses voies que nous allons voir ci-après. 

2)- Irrégularités de structure

Le métal à 100% pur est très rare. Dans cet écheveau emmêlé qu'est un ensemble moléculaire, se trouvent glissés des corps étrangers au cristal mère, dans une proportion variable. Ces impuretés ont une influence déterminante dans la circulation des énergies dans le cristal. Elles conditionnent les propriétés électroniques. Dans un réseau cristallin de 10²²atomes/cm³, on trouve entre 10¹³ et 10¹⁹ d'atomes/cm³ d'impuretés. Dans le Silicium et le Germanium, on relève jusqu'à 10^-3μg par gramme d'éléments légers comme B, C, N, et O. Dans les transuraniens, comme le Plutonium, l'Américium et le Curium de poids de 10μg environ, on relève quelques 0,001% d'Oxygène.

Ces « défauts » ponctuels de structure sont autant de centres de distorsion qui affectent, par leurs contraintes locales exercées, la conductivité du système. Leur concentration provoque, par exemple, une augmentation soit de la résistivité des métaux soit de la conductivité et modifie l'absorption de la lumière dans les cristaux. Les impuretés élèvent la limite élastique par un effet de dopage. (Dans le cas du Silicium cristallin, la conductivité est augmentée d'un facteur 10⁵ à température ambiante, pourtant la conductivité du Si amorphe reste inchangée).

Ces défauts ne s'ignorent pas entre eux. Ils forment entre eux un ordre par alliances multiples à courte distance. Cette formation préférentielle, on la remarque à la répétition des défauts similaires et de lacunes qui sont autant de raccords par empilement alterné, qui déterminent le mode, le degré variable et la caractérisation de l'ordonnancement. Ces distorsions et leurs mouvements glissants permettent et favorisent la souplesse, l'élasticité, la plasticité des métaux, leur résistance à la corrosion et déterminent leur couleur.

Par exemple, chaque sorte d'atome émet ou absorbe une fréquence vibrationnelle du spectre lumineux, dont la couleur lui est spécifique. Mais cette couleur est expliquée particulièrement par la présence déterminante d'impuretés. Le rubis rouge et le saphir bleu sont des cristaux d'Alumine A1₂O₃ de même composition et de même structure et qui sont, à l'état pur, incolores. Des atomes de Chrome, dans la proportion de 1 ou 2 pour mille d'atomes d'Aluminium sont responsables de la couleur rouge du rubis. Le bleu du saphir est dû à la présence de quelques atomes de Titane. Le phosphure de Gallium GaP, préparé à partir d'une solution contenant quelques 0,05% de Zinc, donne une lumière verte. Dopé par 0,05 à 0,1% d'Oxygène, il donne une lumière rouge.

Enfin, la dureté et la résistance d'un alliage est expliquée partiellement par les amas de défauts de structure observables. Les impuretés ponctuelles, linéaires (planaires, quasi-statiques) ou en déplacements dynamiques, sont les causes principales des différents degrés de ductilité, de malléabilité et de souplesse des métaux. Des métaux mous sont ainsi durcis expérimentalement par insertion de défauts produits par trempe. Par exemple, c'est le nombre très faible d'atomes de Soufre dans le caoutchouc synthétique (élastomère) qui le rend très souple. Si le nombre d'atomes de Soufre augmente, le corps devient dur, c'est de l'ébonite. Par le même processus, le nylon peut donner des bas plus souples que la soie et des outils (d'engrenage) plus durs que l'acier. 

3)- L'effet de canalisation

La profondeur de pénétration, le parcours d'un quantum incident exprime le degré de conductivité. La résistivité est déterminée par le pouvoir de rejet, de freinage ou d'arrêt du champ incident par la structure de l'hôte et particulièrement des impuretés qui s'y trouvent. La canalisation, c'est le chemin de la conduction. C'est le phénomène qui a lieu dans une région « vide » dans laquelle les particules incidentes peuvent se déplacer sans subir de collisions. Ainsi donc, l'agencement particulaire décide-t-il de la profondeur de la pénétration, c'est-à-dire de la valeur de la résistivité et de la conductivité. Ce sont des réactions adaptatives indicielles de l'hôte au champ visiteur.

La pénétration de quanta particulaires à travers une structure se fait suivant trois modes, effets respectifs des modes de collision, comme le montre le schéma de la figure 156.

a)- La trajectoire des quanta incidents est totalement canalisée. La pénétration interstitielle est totale. Le rendement est total. Le faisceau ne heurte aucune impureté dans le capteur de présences. Il est dirigé dans la direction principale collectrice de canalisations, c'est-à-dire dans la direction préférentielle Nord/Sud. La jonction est parfaite.

b)- La trajectoire est partiellement canalisée donc partiellement bloquée par différentes impuretés en position interstitielle ou par certains axes et plans cristallins de bas indice. Le blocage et ses effets (diminution de rendement) localisent les impuretés dans les cristaux. Le faisceau incident est dévié, décomposé, défléchi ou rétro-diffusé par les diverses collisions parasitaires subies qui le diffractent, parasites qui affirment ainsi leur rôle de dislocation.

c)- La trajectoire est quelconque. Elle n'est pas canalisée.

d)- Enfin, dans le cas d'un isolant, la réponse à toute union, à tout passage, est négative. Cette fin de non-recevoir est dite blocage extérieur. 

4)- La qualité conductrice

C'est ce qui va déterminer la qualité conductrice des éléments. Remarquons que la conductivité électrique est élevée le long des champs magnétiques...

a)- Les isolants. Un corps est dit isolant lorsque toutes ses orbitales sont occupées et saturées. Les électrons ne peuvent se déplacer facilement. La résistivité est totale. Le système est clos sur lui-même. Il présente un ordre structural élevé avec une concentration électronique optimale. La résistivité ρ (rho) des isolants est de 10l8 Ωcm (Ohm cm). C'est le cas des diélectriques aux liaisons covalentes.

b)- Les semi-conducteurs. Ce sont, à l'état pur, des isolants, mais qui, à haute température, peuvent devenir conducteurs. Certains peuvent changer aisément de structure en faisant modifier leurs paramètres et leur composition, déterminant un ordre à courte distance.

Les semi-conducteurs ont le pouvoir de convertir directement l'énergie lumineuse photonique en énergie électrique et, réciproquement, d'émettre de la lumière sous l'effet d'une tension électrique sans grande perte, par transformation calorifique. C'est l'effet d'électroluminescence dans les lampes à semi-conducteurs, dans lesquelles la luminosité est proportionnelle au courant qui traverse la diode. Ce courant est modifiable par application ou diminution de l'éclairement par un réglage de tension.

A l'état pur, donc, les semi-conducteurs sont des isolants, car leurs électrons sont emprisonnés dans leurs liaisons covalentes. Cependant, en dopant un cristal, c'est-à-dire en ajoutant des impuretés dans un rapport extrêmement précis, par exemple en remplaçant un atome par un autre contenant un électron supplémentaire ou un électron de moins, ce qui influencera le cristal...

La résistivité des semi-conducteurs varie entre 10^-3 et l0³Ωm . Pour le Graphite, la résistivité est de l3.10^-6Ωm ; pour le Germanium de 0,47Ωm, pour le Silicium de 630Ωm.

c)- Les bons conducteurs. Dans le cas des bons conducteurs, la résistivité est faible, de l'ordre de l0^-8Ωm. La résistivité du Cuivre ou de l'Argent est de 1,65.l0^-8Ωm; celle du Fer de 10.l0^-8Ωm; celle du Mercure de 13.l0^-8Ωm.

d)- La supraconductivité. Elle est caractérisée par l'absence de résistivité électrique à certaines températures. Dans les supra-conducteurs, où la résistivité est donc pratiquement nulle et la conductivité très haute, l'induction magnétique est quasi-nulle. Refroidis à très basse température, ils conduisent des courants électriques continus élevés, sans dissipation ou perte d'énergie. Ce sont donc de très bons transmetteurs d'énergie mais ils nécessitent un refroidissement à l'Hélium liquide, le plus stable parmi les frigorigènes. Si la supraconductivité existait à la température normale, toute la technologie serait transformée. 24 éléments sont reconnus comme supra-conducteurs à la pression écologique. 14 le deviennent sous des pressions inférieures à 200 Kbar. Les alliages supra-conducteurs génèrent des champs magnétiques très intenses. Leurs effets d'aimantation sont un effet de la conservation d'énergie. 

5)- Les alliages

Un alliage est l'association de deux ou plusieurs espèces atomiques ou moléculaires différentes par leur nature, leur forme, et par leur rôle spécifique.

Les matériaux hétérogènes, composites fibreux, sont les plus résistants, les plus légers et organisent les plus hautes performances. Ainsi en est-il des corps fibreux naturels, par exemple, le bois et les os.

Les métaux homogènes, (c'est-à-dire lorsque les atomes, dans leurs arrangements tridimensionnels, sont assemblés par liaisons covalentes définies, et ne pouvant par conséquent glisser facilement les uns sur les autres), sont solides, durs et cassants. Les alliages faits de B, C et Si et de leurs composés liés avec N, O et Al, voisins dans la classification périodique, ont les points de fusion les plus hauts, les rigidités les plus élevées et les coefficients de dilatation les plus faibles. Comme le diamant, le saphir, le topaze, le béryl, le corindon, l'ébonite, la bakélite, qui ne se rayent pratiquement pas et résistent fortement à la compression thermique et à l'oxydation. Ces éléments ont un très faible coefficient de frottement lorsqu'ils glissent sur eux-mêmes ou sur un métal. Mais ils se cassent cependant sous l'effet de contraintes de traction très faibles. Comme le diamant, la porcelaine, le verre (tandis que le métal se déforme).

L'élasticité des alliages trouve son secret dans la structuration des fissures. Afin que l'alliage ne cède pas aux contraintes appliquées, on élimine ou on déplace les fissures (comme sur le schéma ci-contre), en provoquant un relâchement dans la transmission des contraintes de cisaillement mécaniques aux fibres rigides empilées parallèlement en nappe feuilletées par l'intermédiaire d'une matrice molle qui découple totalement les fibres qu'elle incorpore. C'est le cas des matériaux renforcés. Des plastiques renforcés par du verre, ou des fibres de verre par du polyester... Les fibres de nylon, pour renforcer le béton, ont une résistance à la traction de quelques 140 Kg/mm². Les cordes de lin, de chanvre ou de tergal (Terylène) sont également des fibres extensibles. (Figure 157)

Signalons enfin que la résistance d'un composite dépend beaucoup de l'angle entre la force appliquée et la direction des fibres. 

X - 5 - F- La cinétique chimique

Les réactions chimiques sont soit spontanées soit forcées mais elles ne s'opèrent que lorsque les conditions précises d'affinité entre éléments réactifs sont réunies au sein d'un site actif, d'un ensemble - système tampon qui stabiliserait le milieu où s'opèrent les échanges dynamiques. Le catalyseur est justement cet agent indispensable au mouvement et qui participe indirectement à la force dynamique d'une réaction comme l'huile en mécanique. Décrivons-les.

1)- La catalyse

C'est l'introduction (naturelle ou artificielle) dans un milieu réactionnel d'un tiers élément catalyseur. Celui-ci agit sur la réaction de différentes manières:

- soit qu'il ne déplace pas l'équilibre réactif, tout en participant à la réaction;

- soit qu'agissant en phase homogène, il se retrouve intact dans le bilan final, c'est-à-dire à la fin du cycle opératoire réactif;

- soit qu'il exerce une action sélective particulière, partielle ou générale, favorisant

- soit 1/- l'accélération de la réaction (et quelques Kg de catalyseur permettent de transformer chimiquement des tonnes de matières) ;

- soit 2/- sa décélération (il est alors inhibiteur) en ralentissant le déroulement cyclique de la combinaison chimique, améliorant le rendement des synthèses, la qualité des matériaux obtenus. (Par exemple, le Plomb tétraéthyle Pb(C₂H₅)₄ ajouté à l'essence, empêche l'inflammation spontanée et augmente l'indice d'Octane.) Les inhibiteurs sont consommés, contrairement aux accélérateurs.

Les catalyseurs biologiques essentiels à la vie sont les enzymes, les plus efficaces et les plus spécifiques dans leurs réactions lentes et régulières.

La vitesse de réaction dépend

1/- de l'étendue spécifique de surface de contact qui organisera en profondeur le transfert des atomes par la coordination des centres actifs;

2/- de la concentration des constituants moléculaires, de la spécificité du catalyseur, des valences mises en jeu et de l'activation catalytique, la vitesse étant d'autant plus grande que le catalyseur est actif;

3/- de l'ordre relatif de la réaction (de l'arrangement spatial des atomes) et de la stabilité du régime des transferts, les lois cinétiques réglant la vitesse globale de la conversion;

4/- de la température qui modifie les caractéristiques thermodynamiques au cours de la conversion.

La vitesse maximale de diffusion est un facteur limitant de la réaction. La limitation diffusionnelle représente un des facteurs d'efficacité. Celui-ci est d'autant plus petit que la vitesse de réaction est plus lente. L'optimisation du rendement varie suivant les conditions de travail et les réactants. 

2)- Les liaisons polymériques

Les polymères (poly, beaucoup et meros, parties) sont des mailles, unités constitutives composées de macromolécules qui se groupent en divers arrangements et combinaisons, chaque arrangement générant une propriété différente et une finalité fonctionnelle spécifique.

Si les chaînes polymériques s'entremêlent, la structure est amorphe. Le corps est alors mou, déformable.

Si ces chaînes sont relativement ordonnées sur une partie de leur longueur seulement et le reste étant amorphe, c'est-à-dire si elles sont à prédominance cristalline, le corps est résistant et rigide.

Si les chaînes s'orientent parallèlement à une même direction, le corps est souple et résistant. C'est par exemple le cas de la cellulose dont les chaînes parallèles sont bâties à partir de la molécule de sucre.

Si les chaînes sont hélicoïdales, c'est-à-dire agencées en hélice, on a des corps à l'élasticité remarquable. C'est le cas des ressorts.

Les polymères organiques sont parfaitement réguliers. Leurs longues chaînes s'agencent suivant une orientation spatiale précise. (Cf Communication XI).

C'est donc l'ordonnancement intime des molécules et leurs ramifications latérales ordonnées selon leur orientation générale qui déterminent la qualité des ensembles qu'elles forment. Et plus augmente le nombre de liens inter-moléculaires, plus augmente la cohésion de l'ensemble. 

3)- Les effets de structure

a)- L'eau : Les molécules d'eau se réunissent en groupements pentaédriques, c'est-à-dire en une structure de groupement par 5, structure pyramidale à base quadrangulaire à 5 molécules-pointes qui favorisent l'écoulement. Cette structure est fréquente dans les seuls vivants organiques, comme les fleurs (symétrie par 5), les étoiles de mer à 5 branches, les 5 doigts...

La structure basique de l'eau se déforme sous l'effet des champs. Un vivant organique, composé de 3/5ème d'eau est par conséquent soumis à tous les champs qui influencent la structure de l'eau, champs GM, composés chimiques, température. Suivant ces déterminants aléatoires ou rythmiques, les molécules d'eau s'agencent suivant des structures particulières qui vont influencer directement les structures des autres molécules...

b)- L'odeur. Toute structure moléculaire a des caractéristiques particulières, induites, toutes, par la fréquence particulière VFP correspondante et qui est exprimée par un comportement thermique (spectre Infra-Rouge) et une odeur. L'odeur orangée ou d'hydrocarbure, les odeurs florales de jasmin, de verdure ou de graisse rance, ne diffèrent que par quelques liaisons. Autrement dit, les caractéristiques de l'odeur sont liées aux dimensions et aux formes géométriques des molécules.

Les substances à odeur camphrée sont toutes des molécules de forme sphérique avec un diamètre de 7Å. L'odeur d'éther est portée par une molécule petite et planaire. L'odeur musquée, par une molécule discoïdale d'un diamètre de 10Å. Les parfums de fleurs sont portés par des molécules discoïdales mais de forme allongée munies comme d'une queue mobile à la manière des cerfs-volants. Les odeurs putrides sont portées par de petites molécules de charge négative. Des groupements de structure voisine ont une odeur particulière commune. Dans les groupements de structure semblable, ceux dont une liaison est bloquée, sont inodores.

L'olfaction dépend de la détermination qualitative de la structure morphologique tridimensionnelle des molécules. Les odeurs (c'est-à-dire les structures moléculaires et leur VFP) sont reconnues et différenciées par les cellules-récepteurs affinitaires composant les 5 cm² de l'épithélium olfactif situé dans la cavité nasale de l'homme. Ce contact déclenche l'excitation que les cellules transmettent, sous forme d'informations codées, aux centres olfactifs situés dans la partie antérieure du cerveau, chaque structure déclenchant une perception sensorielle différente. Ceci pour les odeurs primaires. Les odeurs mixtes sont dues à leur reconnaissance simultanée par les récepteurs affinitaires correspondants.

C'est par ce bref exposé que nous clôturons la présente Communication et annonçons la suivante sur « Le BIOCOSME CELLULAIRE ».

                                                                                                                              

LIENS

Histoire des liaisons chimiques

Histoire des Supraconducteurs

Liaisons atomiques

Liaisons en chimie organique

Transitions de phase

Transitions de phase dans les polymères