FORMULES CHIMIQUES

Composition chimique

Les minéraux ont une composition chimique bien déterminée, exprimée par une formule chimique. Cette formule est idéalisée, c'est-à-dire qu'elle ne mentionne que les principaux composants du minéral. Les très petites inclusions ou impuretés naturelles, qui peuvent influencer la couleur ou même la faire changer, ne sont pas prises en compte. (Voir aussi à Chimie).

Atome, ion et élément

La découverte de l'atome est due à des philosophes de l'Antiquité, tels que Leucippe et Démocrite, qui (pour tenter de répondre aux questions concernant le début et la fin du cosmos, l'unité et la diversité des êtres matériels), ont trouvé un dénominateur commun pour tous les êtres, pour tout l'Univers : l'atome. Au fil des années et des siècles, cette volonté de comprendre l'origine du monde a contribué à considérer l'atome comme un objet physique par les physiciens. Cette unité de matière, aussi petite qu'elle soit, a permis de faire un grand pas dans la compréhension de notre Univers et est encore au centre de nombreuses recherches.

• Un atome est un assemblage de protons, de charge positive, et de neutrons, de charge nulle, le tout entouré d'électrons de charge électrique négative. Un atome est constitué de particules élémentaires plus petites : des électrons, des protons et des neutrons. Mais il constitue la plus petite unité indivisible d'un élément chimique.
  

Les atomes sont les plus petites parties d'un corps simple. Si d'aventure un électron est arraché à l'atome, il y a une charge +e excédentaire, on a ce que l'on appelle un «ion positif» ou «cation». Si par contre l'atome capture un électron qui passait par là, il y a une charge -e excédentaire, on a ce que l'on appelle un «ion négatif» ou «anion». Mais le noyau est inchangé, on a toujours le même élément chimique avec le même numéro atomique.
(voir aussi l'Origine des éléments)

• Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons ; il n'est plus neutre électriquement.

• Un élément est une catégorie d'atomes ayants en commun le même nombre de protons dans leur noyau atomique. On connaît 118 éléments actuellement (avec le 117 dont la découverte est confirmée début 2010). Parmi ces éléménts, 94 existent à l'état naturel sur Terre (Voir la liste àListe alphabétique des éléments naturels), ils sont regroupés en : métaux, non-métaux et métalloïdes. (Voir aussi à :Tableau périodique des éléments).

• Les symboles chimiques : Chaque élément est désigné par un code d'une lettre capitale, ou de deux lettres dont la première est une capitale et la seconde une minuscule ; c'est le symbole chimique. Par exemple : l'hydrogène est désigné par H, le carbone par C, l'azote par N , l'oxygène par O, le sodium par Na ), le fer par Fe, le calcium par Ca ... Le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) est à l'origine des symboles chimiques.
  

• Masse atomique : La masse atomique d'un élément est la masse d'un atome de cet élément. La masse atomique d'un élément chimique est la moyenne des masses atomiques de ses isotopes au prorata de leur présence dans la nature.

Liaison ionique

On sait que les objets ayant une charge opposée s'attirent, et que les objets ayant une charge de même signe se repoussent. Les + se repoussent entre eux, les - se repoussent entre eux, mais un + et un - s'attirent (force de Coulomb). Les ions se baladant dans la nature vont donc être attirés par des ions ayant une charge opposée, ils vont former un édifice électriquement neutre. Cette attraction électrostatique forme ce que l'on appelle la «liaison ionique». Elle est à l'origine de la cristallisation du sel.
Ainsi, les ions sodium Na+ et les ions chlore Cl- s'associent pour former le chlorure de sodium NaCl (édifice neutre), qui n'est autre que le sel de cuisine (halite). Les ions sont empilés en alternance, de sorte qu'un ion + n'est entouré que d'ions -, et un ion - n'est entouré que d'ions +.

Liaison moléculaire

Plutôt que de voler un électron à un autre atome, comme dans le cas d'une réaction électrochimique, il peut y avoir une mise en commun d'un électron (chaque atome apporte un électron qu'il partage avec l'autre atome). C'est la liaison moléculaire ou liaison covalente.

• Les deux atomes peuvent être identiques, alors, on met un2 en indice du symbole chimique pour indiquer que la molécule contient deux atomes identiques : p. ex. les gaz dihydrogène (H₂) et dioxygène (O₂).
• Les atomes peuvent aussi être différents, on accole alors les deux symboles chimiques : p. ex. le monoxyde de carbone CO, le chlorure d'hydrogène HCl.

Un atome peut partager ses électrons avec plusieurs autres atomes, le carbone peut ainsi partager jusqu'à 4 électrons. Dans le cas de l'eau, l'atome d'oxygène partage deux électrons, un avec chaque atome d'hydrogène : H₂O.

Tableau périodique des éléments

Voir le tableau en plus grand à :tableau éléments
Voir un tableau plus récent à : tableau périodique des éléments.

Formules chimiques

La formule chimique des minéraux, est la représentation par le nombre et la nature des atomes constituant le minéral. Par convention, on note les cations à gauche, puis le groupe anionique, puis les ions hydroxyles.
Les éléments se combinent pour faire tous les minéraux et roches trouvés dans la croûte terrestre. Les huit éléments principaux sont : oxygène O, silicium Si, aluminium Al, fer Fe, calcium Ca, sodium Na, potassium K, et magnésium Mg.
Le silicium Si se combine avec deux atomes de l'oxygène O pour donner SiO₂ pour faire du quartz, ou de la silice, et de là tous les minéraux silicatés (Voir aussi à Silicates).

Les minéraux peuvent être composés :

• d'un élément simple, comme le diamant, qui est fait de carbone C, formule chimique : C ;
• de deux éléments ,ou plus, comme le quartz, qui contient un silicium Si et deux atomes d'oxygène O, formule chimique : SiO₂.

L'analyse chimique

Le point de départ est une analyse chimique. La composition définie indique qu'une analyse chimique d'un minéral donné produira toujours le même taux d'éléments. Par exemple, le quartz aura toujours un silicium Si pour chaque groupe de deux atomes d'oxygène O. Par conséquent, les minéraux peuvent être exprimés par des formules chimiques, telles que SiO₂ pour le quartz.

Dans certains minéraux, les éléments sont de taille et de charge semblable, ils se remplacent l'un l'autre. La quantité de fer et magnésium dans l'olivine varie parce que ces éléments peuvent se remplacer l'un l'autre dans la structure du minéral. La formule de l’olivine, qui est un nom général pour un mélange (une solution solide) entre deux pôles principaux, la forstérite MgSiO₄ et la fayalite FeSiO₄, indique que pour chaque groupe de deux atomes de magnésium et/ou de fer, il y a un atome de silicium et quatre atomes d'oxygène.
Généralement, une formule d’olivine est écrite (Mg,Fe)₂SiO₄.

Formules chimiques des principaux minéraux

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FORMULES CHIMIQUES des PRINCIPAUX MINERAUX (travail à compléter)
Pour chaque minéral, consultez les fiches minéraux.

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I ÉLÉMENTS NATIFS Les métaux argent Ag cuivre Cu or Au platine Pt plomb Pb Les métalloïdes arsenic As antimoine Sb Les non-métaux diamant C graphite C soufre S II SULFURES Sulfures acanthite Ag2S argentite Ag2S Bornite Cu5FeS4 chalcopyrite CuFeS2 Chalcosine Cu2S cinabre HgS cobaltite CoAsS Covellite CuS cubanite CuFe2S3 Énargite Cu3AsS4 Freibergite (Ag,Cu,Fe)12(Sb,As)4S13 galène PbS marcasite FeS22 orpiment As2S3 pyrite FeS2 pyrrhotite Fe-1xS réalgar AsS Semseyite Pb9Sb8S21 sphalérite ZnS stibine Sb2S 3 Sulfosels bournonite PbCuSbS3 énargite Cu3AsS4 proustite Ag3AsS3 pyrargyrite Ag3SbS3 tennantite Cu3AsS3 tétraédrite Cu3SbS3 III HALOGÉNURES atacamite Cu2Cl(OH)3 boléite K Pb26Ag9Cu24Cl62(OH)48 fluorine CaF2 halite NaCl sylvine KCl IV OXYDES et Hydroxydes anatase TiO2 brookite TiO2 cassitérite SnO2 chrysobéryl Al2BeO4 chromite Cr2O3FeO corindon Al2O3 hématite Fe2O3 goethite HFeO2 ilménite FeTiO3 magnétite Fe3O4 manganite MnO(OH) niobite (Fe,Mn) (Nb,Ta)2O6 opale SiO2·nH2O quartz SiO2 rutile TiO2 spinelle Al2MgO4 tantalite (Fe,Mn) (Ta,Nb)2O6 V CARBONATES ankérite Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2 aragonite CaCO3 aurichalcite (Zn,Cu)5(OH)6(CO3)2 azurite Cu3(CO3)2 (OH)2 calcite CaCO3 cérusite PbCO3 dolomite MgCa(CO3)2 kutnohorite Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2 malachite Cu2CO3 (OH2) magnésite MgCO3 phosgénite Pb2Cl2 (CO3) rhodochrosite MnCO3 sidérite FeCO3 smithsonite ZnCO3

VI SULFATES Sulfates anglésite PbSO4 anhydrite CaSO4 baryte BaSO4 célestine SrSO4 chalcantite CuSO4·5H2O gypse CaSO4·2H2O linarite PbCuSO4(OH)2 Chromates crocoïte PbCrO4 Molybdates powellite CaMoO4 wulfénite PbMoO4 Tungstates wolframite (Mn, Fe)WO4 scheelite CaWO4 VII PHOSPHATES Phosphates apatite Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) autunite Ca [UO2 | PO4]2·10H2O brazilianite Na Al3 [(OH)2 | PO4]2 monazite (Ce,La,Th) PO4 pyromorphite Pb5 [Cl | (PO4)3] torbernite Cu [UO2 | PO4]2·10H2O turquoise Cu Al6 [(OH)2| PO4]4·4H2O variscite Al(PO4)·2H2O vivianite Fe3(PO4)2·8H2O wavellite Al3 [(OH)3 | (PO4)2]·5H2O xénotime YPO4 Arséniates adamite Zn2 (OH | AsO4) érythrite Co3 (AsO4)2·8H2O olivénite Cu2 (AsO4) (OH) conicalcite Ca Cu (AsO4) (OH) Vanadates vanadinite Pb5 [Cl | (VO4)3] descloizite Pb (Zn,Cu) [OH | (VO4)] VIII SILICATES Tectosilicates feldspath : celsiane Si2Al2O8Ba orthose Si2AlO8K albite Si3AlO8Na anorthite Si2Al2O8Ca marialite (AlSi3O8)Na8(Cl2SO4CO3 méionite (Al2Si2O8)Ca8(Cl2SO4CO3 scolécite Ca Al2 Si3O10. 3 H2O feldspathoïde : haüyne NaCa4-8(SO4)1-2(SiAlO4)6 leucite K(Si2AlO6) néphéline Na3K(SiAlO4) noséane Na2SO4(SiAlO4)6 sodalite Na8 (Al6Si6O24) Cl2 zéolite X2 [(Al, Si) O2]x·nH2O ( X=Na, Ca, K, Ba ) stilbite Ca Al2 Si7 O18·7H2O natrolite Na2 Al Si3 O10·2H2O Nésosilicates andalousite Al2SiO5 disthène Al2SiO5 grenat X3 Y2 (SiO4)3 (X=Mg, Fe2+, Mn, Ca)(Y=Al, Fe3+, Cr, Zr, V, Ti ) péridot ou olivine X2 SiO4 (X=Mg, Ca, Fe, Mn (Zn, Ni, Cr) ) sillimanite Al2SiO5 staurotide (Fe2+)2 Al9O6 (O, OH)2 [SiO4]4 topaze Al2 (F, OH)2 [SiO4] titanite CaTi SiO4 zircon ZrSiO4 Sorosilicates épidote Ca2Fe3+ Al2 (O, OH) SiO4 Si2O7 zoïsite Ca2Al3 [O | OH | SiO4 | Si2O7] Cyclosilicates axinite Ca Fe3 Mn Al2 [BO3 OH | SiO4 O12] béryl Al2 [Be3 Si6 O18] cordiérite Mg2Al3 (Al Si5 O18) dioptase Cu6 (Si6O18).6H2O tourmaline Y3Al6 Na (OH, F)4 (BO3)3 Si6O18 (Y=Mg ,Fe,Mn.Al,Li) Inosilicates amphibole : amphibole ferromagnésienne (Mg, Fe)7 [Si8O22] (OH,F)2 amphibole calcique : trémolite Ca2 Mg5 [Si8O22] (OH,F)2 actinote Ca2 (Mg,Fe)5 [Si8O22] (OH,F)2 hornblende (Ca,Na,K)2 (Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5 [Si6(Si,Al)2O22] (OH,F)2 amphibole sodique : glaucophane Na2 Mg3 Al2 [Si8O22] OH2 riébéckite Na2 Fe2+3 Fe3+2 [Si8O22] (OH,F)2 pyroxène rhodonite Ca Mn4 (Si5O15) wollastonite Ca3 (Si3O9) Phyllosilicates apophyllite KFCa8 Si8O20.8 H2O mica XY2-3Z4O10(OH,F)2 biotite K(Mg,Fe)3 Si3AlO10 (OH,F)2 muscovite KAl2 Si3AlO10 (OH,F)22 Lépidolite K (Li,Al3) Si3AlO10 (OH,F) Phlogopite K Mg3 Si3AlO10 (OH)2 serpentine Mg6 [Si4O10(OH)2] (OH)6

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