Recherches sur les zéolites
Authors: Wyart Jean 
Published: May 2020

Au cours de ce travail, plusieurs zéolites ont été soumises à l’examen des rayons X : leur maille élémentaire, leur motif cristallin, leur groupe de symétrie ont été déterminés. Dans ces minéraux, ce sont les atomes d’oxygène, groupés en tétraèdres autour des atomes de silicium et d’aluminium, qui constituent l’armature rigide de l’édifice.

L’arrangement des atomes alcalins et alcalino-terreux, et des molécules d’eau, dans les interstices de cette charpente, joue un rôle de second plan : la faiblesse de leurs liaisons leur confère une mobilité tout à fait caractéristique de cette famille de minéraux.

La chabasie possède une maille rhomboédrique sensiblement cubique : a = 13,75 Å. c = 14,95 Å ; l’intervalle des plans réticulaires parallèles au clivage est 9,34 Å. Le groupe de symétrie est D[5]|[3d] (R[˗3]m). La maille renferme le motif cristallin Si⁸Al⁴Ca²O²⁴ 12 H²O. Des remplacements isomorphiques, plus ou moins complexes, modifient la constitution de ce motif : seuls le nombre des atomes d’oxygène et la somme des atomes de silicium et d’aluminium restent constants. La symétrie ternaire n’est qu’approchée ; elle résulte du fait que les atomes d’aluminium et de silicium jouent dans l’assemblage des rôles analogues. Un arrangement des atomes est proposé rendant compte des diagrammes de cristal tournant. Cette structure reçoit une confirmation dans l’étude du remplacement du calcium par le baryum et dans l’élude approfondie de la déshydratation du minerai. Des diagrammes, réalisés à différentes températures avec un cristal de plus en plus déshydraté, montrent que le départ progressif de l’eau n’altère en rien le réseau cristallin ; les modifications observées dans les intensités de quelques taches de diffraction indiquent que les 12 molécules H²O de la maille occupent des positions définies, avec des perturbations considérables dans la direction [111]. Ces irrégularités, dans la répartition périodique des molécules H²O dans les lacunes du réseau, peuvent probablement être attribuées en partie à une agitation thermique intense. Cette conclusion n’est pas en contradiction avec l’hypothèse de Mallard, de G. Friedel assimilant le cristal à une éponge. En introduisant du mercure dans la chabasie déshydratée, les diagrammes de rayons X montrent la nature moléculaire de ce phénomène : les atomes de mercure occupent les positions abandonnées par les molécules H²O et participent à l’arrangement périodique du réseau.

La heulandite monoclinique possède une maille parallélépipédique centrée définie par a = 7,45 Å b = 17,80 Å c = 15,85 Å avec ß = 88°36'. Le groupe de symétrie est probablement C[3]/[2h] (C2/m). Le motif cristallin, Si¹⁴Al⁴Ca²O³⁶ 12 H²O ne se retrouve pas identique dans toutes les mailles ; il est modifié par des remplacements isomorphiques dont le plus important est AlNa → Si.

La déshydratation présente deux phases distinctes. Jusqu'à 210°, alors que le cristal a perdu les 7/12 de son eau, le phénomène est parfaitement réversible ; les diagrammes ne révèlent qu'une légère contraction des plans réticulaires parallèles au clivage (010).

Aucune variation dans les intensités des taches de diffraction ne peut être décelée : l’arrangement périodique des molécules d’eau dans le cristal est très imparfait. Au dessus de 210°, la heulandite se présente sous un nouvel état cristallin et subit une contraction considérable qui ne fait que s’accentuer à mesure que la température croît. Les diagrammes de Laue révèlent une destruction du réseau. Le cristal immobile donne alors, avec un rayonnement monochromatique, des diagrammes analogues à ceux que l'on obtient avec le mica déshydraté. Les rayons X ne peuvent déceler, dans le squelette de silice qui résulte de l’attaque du cristal par l’acide chlorhydrique, aucun souvenir de la structure primitive comme le font les rayons lumineux. Les diagrammes comportent un anneau caractéristique des corps amorphes.

Les paramètres absolus de la thomsonite, de la mésotype, de la scolécite ont été déterminés ainsi que le groupe de symétrie des deux premières zéolites. Leur réseau cristallin présente des analogies très étroites : même intervalle de répétition des atomes dans la direction [001] parallèle aux fibres, même intervalle des plans réticulaires parallèles au clivage. Les mailles sensiblement de mêmes dimensions renferment 40 atomes d’oxygène et 20 atomes de silicium et d’aluminium : 10 Si et 10 Al pour la thomsonite, 12 Si et 8 Al pour la mésotype et la scolécite. Ce sont ces atomes qui forment l'infrastructure rigide de ces édifices cristallins où viennent se loger, avec les molécules d’eau, les atomes alcalins et alcalino-terreux : 4 Ca et 2 Na pour la thomsonite, 8 Na pour la mésotype, 4 Ca pour la scolécite.