Multe substanțe cristaline au aceleași structuri. În același timp, aceeași substanță poate forma diferite structuri cristaline. Acest lucru se reflectă în fenomenul izomorfismului și al polimorfismului.
Isomorfismul constă în capacitatea atomilor, a ionilor sau a moleculelor de a se înlocui unul pe celălalt în structurile cristaline. Acest termen (din greacă „Izosov“ - egal și „morph“ - formă) a fost propusă de E. Mitscherlich în 1819 legea izomorfism fi formulată de E. Mitscherlich în 1821 astfel: „Același număr de atomi conectate în același mod, da forme cristaline identice, în timp ce forma cristalină nu depinde de natura chimică a atomilor, ci se determină numai prin numărul și poziția lor relativă ".
Isomorfismul este larg răspândit în natură. Cele mai multe minerale sunt amestecuri izomorfe de compoziție variabilă complexă. De exemplu, într-un mineral sphalerit ZnS până la 20% din atomii de zinc pot fi înlocuiți cu atomi de fier (aici, ZnS și FeS au structuri cristaline diferite). Comportamentul geochimic al elementelor rare și împrăștiate, distribuția lor în roci și minereuri, unde sunt conținute sub formă de impurități izomorfe, este asociat cu izomorfismul.
Înlocuirea izomorfă determină multe proprietăți utile ale materialelor artificiale de tehnologie modernă - semiconductori, ferromagneți, materiale laser.
Multe substanțe pot forma forme cristaline cu structură și proprietăți diferite, dar aceeași compoziție (modificări polimorfe). Polimorfismul - capacitatea solidelor și a cristalelor lichide de a exista în două sau mai multe forme cu structură și proprietăți cristaline diferite cu aceeași compoziție chimică. Acest cuvânt provine de la polimorfii greci - unul divers. Fenomenul polimorfism a fost descoperit M.Klaprotom, care în 1798 a descoperit că două minerale diferite - calcit și aragonit - au aceeași compoziție chimică CaCO3.
Polimorfismul substanțe simple, denumite în mod obișnuit allotropism, în același timp, conceptul de polimorfism nu este un non-cristaline forme alotropice (de exemplu, gazos O2 și O3). Un exemplu tipic de forme polimorfe este modificarea carbonului (diamant, lonsdaleite, grafit, carabine și fullerene), care diferă brusc în proprietăți. Grafitul este cea mai stabilă formă de existență a carbonului, totuși, alte modificări ale acestuia în condiții normale pot să dureze atâta timp cât se dorește. La temperaturi ridicate devin grafit. În cazul diamantului, acest lucru se întâmplă atunci când este încălzit peste 1000 ° C în absența oxigenului. Tranziția inversă este mult mai dificilă. Este necesar nu numai o temperatură ridicată (1200-1600 ° C), dar și o presiune gigantică - până la 100 mii atmosfere. Transformarea grafitului într-un diamant este mai ușoară în prezența metalelor topite (fier, cobalt, crom și altele).
In cazul cristalelor polimorfisme moleculare se manifesta in diferite ambalaje moleculele din cristal, sau în schimbarea formei moleculelor și cristalelor în ioni - într-un aranjament mutual diferit de cationi și anioni. Unele substanțe simple și complexe au mai mult de două modificări polimorfe. De exemplu, dioxidul de siliciu are zece modificări, fluorura de calciu - șase, azotatul de amoniu - patru. Modificările polimorfe sunt de obicei marcate cu litere grecești # 945; # 946; # 947; # 948; # 949;. Din modificări care sunt stabile la temperaturi scăzute.
După cristalizare din vapori, soluție sau topi o substanță având mai multe forme polimorfe primă modificare se formează mai puțin stabil în aceste condiții, care este apoi convertit la mai stabil. De exemplu, atunci când condensul de vapori de fosfor se formează, se formează fosfor alb, care se află încet în condiții normale și se transformă în fosfor roșu când se încălzește. Când hidroxidul de plumb este deshidratat, la început (aproximativ 70 ° C) un galben mai puțin stabil # 946; -PbO, aproximativ 100 ° C se transformă în roșu # 945; -PbO și la 540 ° C - din nou în # 946; -PbO.
Trecerea unei modificări polimorfe în alta se numește transformări polimorfe. Aceste tranziții apar atunci când temperatura sau presiunea se modifică și sunt însoțite de o schimbare discontinuă a proprietăților.
Procesul de tranziție a unei modificări la alta poate fi reversibil sau ireversibil. Astfel, atunci când alb compoziția încălzită materialul grafit moale BN (nitrură de bor), la 1500-1800 ° C și o presiune de câteva zeci de atmosfere format modificarea acesteia la temperaturi ridicate - borazon, duritate aproape de diamant. Pe măsură ce temperatura și presiunea scad la valori corespunzătoare condițiilor obișnuite, borazonul își păstrează structura. Un exemplu de tranziție reversibilă este conversia reciprocă a două modificări de sulf (rombice și monoclinice) la 95 ° C.
Transformările polimorfe pot continua fără modificări structurale semnificative. Uneori nu există nicio schimbare în structura cristalului, de exemplu, în tranziție # 945; -Fe in - La 769 ° C, structura fierului nu se schimbă, dar proprietățile sale feromagnetice dispar.
Întrebarea 8. Ecuația Bernoulli. Măsurarea debitului și a vitezei.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: