Résumé
Lorsque l’atome gagne un ou plusieurs électrons parce qu’il est plus électronégatif que les autres, il se transforme en anion et possède dès lors une charge négative qui va lui permettre d’interagir avec les autres sociétaires en créant le lien chimique. L’état de la liaison chimique au sein du solide peut être en termes d’énergie et au sens quantique du terme, liant, antiliant ou non liant.
En élaborant des solides contenant plusieurs anions pour lesquels l’affinité électronique, l’électronégativité et la polarisabilité diffèrent, les interactions coulombiennes et de Van der Walls au sein d’un réseau de symétrie particulière vont contribuer à modifier radicalement la distribution électronique dans le solide et la charge portée par ces anions. Certains anions parmi les plus polarisables peuvent dès lors adopter un état de valence mixte avec des interactions dipôle-dipôle de type Van der Walls accrues. Les autres éléments plus électropositifs seront également perturbés par la présence de plusieurs anions où des états non liants, souvent indépendants et propres à un seul atome apparaissant autour du niveau de Fermi. Il s’agit des derniers niveaux électroniques occupés, à l’origine des instabilités où chimistes et physiciens scrutent les propriétés d’un isolant, d’un semi-conducteur ou d’un métal.
De tout temps, l’homme s’est déplacé pour faire évoluer ses sociétés. Pour l’atome, c’est la charge q de l’élément ionisé ou sa densité de charge partielle associée à la probabilité de présence de l’électron dans son orbitale à une distance donnée du noyau <r> qui sont des paramètres clés pour mieux appréhender la liaison chimique. La sociologie des atomes apparaît dès lors clairement et le rapport q/<r> joue un rôle majeur. On peut ainsi comparer l’individu, dans un lieu et à un instant donné, en incluant son parcours de vie, à l’atome qui s’ionise et qui va acquérir une charge qui peut varier d’abord en fonction de la distribution radiale de l’électron dans son orbitale, puis de son environnement proche et plus étendu. Ainsi, la multiplication des éléments parmi les plus électronégatifs mais également polarisables au sein du réseau va permettre de générer des variations de charges partielles importantes autour de ces éléments qui s’accompagnent de façon étonnante d’une faible variation d’énergie d’ionisation ou plus précisément d’affinité électronique. Nous avons ainsi vu comment la coexistence d’éléments plus ou moins électronégatifs comme le fluor, l’oxygène, le soufre ou l’hydrogène, de polarisabilité et de taille variable, va permettre par effets antagonistes ou concurrentiels d’accroître la densité d’états non liants au niveau de Fermi. Des instabilités d’origine électronique apparaissent avec ces densités d’états très particulières de la matière où certaines orbitales deviendront particulièrement polarisables ou déformables. En scrutant divers composés à anions mixtes et leurs structures cristallines, tels que des oxy-fluoro-sulfures, des fluoro-hydrures voire des fluoro-siliciures où vont coexister dans ce dernier cas des liaisons ioniques et des liaisons métalliques, des instabilités électroniques et/ou magnétiques peuvent apparaître et donner lieu le cas échéant à des phénomènes de supraconductivité [1]. Nous montrerons ainsi comment bien appréhender ces liaisons chimiques par des approches de chimiste du solide où nous regarderons les anions et leurs interactions qui nous conduisent à imaginer une certaine sociologie des atomes.
Référence bibliographique :
[1] Vaney J.-B., Vignolle B., Demourgues A., Gaudin É., Durand É., Labrugère C., Bernardini F., Cano A. et Tencé S., « Topotactic fluorination of intermetallics: a novel route towards quantum materials », Nature Communication, vol. 13, 2022, art. 1462, https://doi.org/10.1038/s41467-022-29043-8.
