Isomorphisme (chimie)

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En chimie du solide, l'isomorphisme est la faculté de composés différents de cristalliser avec des mailles de même symétrie et dont les paramètres sont proches, ce qui les fait former des cristaux mixtes.

L’isomorphisme est classé en quatre espèces :

Isomorphisme de première espèce : les deux composés ont une formule chimique très proche, le même nombre d'atomes et la même valence entre atomes correspondants. Exemple : olivine Mg₂SiO₄ – olivine Fe₂SiO₄. On parle de vicariance lorsque les ions se remplacent partiellement (miscibilité incomplète).
Isomorphisme de deuxième espèce : les ions ont un rayon ionique proche mais une valence qui diffère d'une unité. La neutralité électrique est obtenue par remplacements couplés. Exemple : albite NaAlSi₃O₈ – anorthite CaAl₂Si₂O₈.
Isomorphisme de troisième espèce : la variation de la charge d'une position atomique suite au remplacement d'un ion par un autre est compensée par un deuxième remplacement mobilisant des ions de charge opposée (remplacement couplé cation – anion). Ce type d'isomorphisme est rare parmi les composés naturels. Exemple : sellaite MgF₂ – rutile TiO₂.
Isomorphisme interstitiel : remplacement couplé ion-lacune. Ex.– tridymite SiO₂ = XSiSiO₄, - néphéline NaAlSiO₄ (X = lacune).

[modifier] Substitution isomorphique

Dans le cas des minéraux, une substitution isomorphique est le remplacement du cation central par un autre. Cela modifie la taille et la charge électrique globale. En compensation, des cations compensateurs s'y fixent. Exemple :

Un tétraèdre composé de Si⁴⁺ au centre et de O^2- sur les quatre sommets a une charge globale de -4 e et mesure 0,42 Å. Si l'on remplace Si⁴⁺ par Al³⁺, la charge globale est de -5 e et il mesure 0,51 Å (0,64 Å avec du Fe³⁺). Cela a pour effet de modifier les propriétés du cristal final.