LA DANSE DES FERROFLUIDES - Sciences à l'Ecole

8. Annexes :
Annexe I : Cristallographie
1) la maille de la magnétite
Nous allons ici voir comment est organisée la magnétite solide du point de vue moléculaire :
La magnétite solide est un solide cristallin, comme tout solide cristallin elle peut être définie
par une maille qui est sa structure de base dont la translation dans les trois dimensions
aboutit à la formation du cristal. La maille de la magnétite est dite cubique à faces centrées,
elle est donc de la forme d’un cube qui comporte :
- à chaque sommet un ion oxyde, il y a 8 sommets par maille et un sommet étant commun à 8
mailles, on dénombre ainsi 8/8 = 1 ion oxyde.
- au centre de chaque face un ion oxyde, il y a 6 faces par maille et chaque
face est commune a deux mailles, on dénombre ainsi 6/2 = 3 ions oxydes
supplémentaires, soit 4 ions oxyde au total
- un ion fer au degré d’oxydation 3 en site octaédrique
- un ion fer au degré d’oxydation 3 en site tétraédrique
- un ion fer au degré d’oxydation 2 en site tétraédrique
Une maille doit être électriquement neutre, les ions oxyde possèdent deux électrons
supplémentaires chacun, ou charges élémentaires négatives, et les ions fer possèdent soit
deux soit trois électrons en moins, ou charge élémentaires positives, on obtient ainsi :
2 * 3(+) + 2(+) = 8(+) la maille comporte autant de charges
4 * 2(-) = 8(-) élémentaires positives que négatives,
Elle est électriquement neutre, on retrouve de plus la formule brute de la magnétite Fe3O4
2) L’origine cristallographique du magnétisme de la magnétite
a) moment magnétique orbital et moment magnétique de spin
L’origine du magnétisme est double, on a :
- d’une part le magnétisme ici d’un mouvement magnétique dit de spin :
Au niveau macroscopique on observe qu’une boucle de courant, et donc une circulation
d’électrons engendre un champ magnétique, de même l’électron qui tourne sur lui-même un
peu comme la terre tourne autour de son axe crée une boucle de courant et engendre donc
un champ magnétique, de manière générale on associe à une particule de masse m et de
charge q le moment magnétique de spin suivant :
La danse du ferrofluides 13