Izomorfizm (krystalografia)

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Izomorfizm (równopostaciowość)

- zdolność do przyjmowania takich samych form krystalograficznych (postaci) przez substancje o odmiennym (bądź tylko częściowo podobnym) składzie chemicznym, przy jednoczesnej zdolności tych substancji do tworzenia roztworów stałych.

Badania rentgenograficzne doprowadziły do stwierdzenia, że izomorfizm jest wynikiem identycznego ugrupowania atomów (jonów) w strukturach.
Pojęcie to obejmuje:

izomorfizm w szerokim tego słowa znaczeniu (izostrukturalność = izotypia),
izomorfizm, w ścisłym słowa tego znaczeniu (substancje izostrukturalne muszą spełniać pewne dodatkowe warunki:
- muszą mieć zdolność do tworzenia izomorficznych roztworów stałych czyli muszą wykazywać zdolność do zastępowania jonów w strukturach swoich kryształów),
izomorfizm polimeryczny – przejawia się wtedy, gdy w dwóch lub więcej różnych substancjach chemicznych odpowiadaja sobie nie pojedyncze równoległościany elementarne, lecz ich grupy np.
- anortyt - Ca [Al. ₂ Si₂ O₈] ma dwukrotnie większą komórkę jednostkową niż izomorficzny z nim
- albit – Na [Al. Si₃ O₈]

Niekiedy dwie substancje krystaliczne wykazują identyczny typ struktury, różniący się tym, że pozycje kationów i anionów są zmienione. Przykładem tego zjawiska są kryształy: CaF₂ i Na₂S. Takie podobieństwo strukturalne minerałów określane jest mianem antyizomorfizmu.

Przyczyną izomorfizmu jest zdolność atomów, jonów i ich grup o tej samej wartościowości i zbliżonej objętości, do wzajemnego zastępowania się w sieci krystalicznej - (diadochia).

Idealny izomorfizm wykazują ałuny - kryształy idealnie izomorficzne mają taką samą postać krystalograficzną i jednakowe kąty między odpowiadającymi sobie ścianami.

Zdolność zastępowania się jonów w sieci krystalicznej uwarunkowana jest ich rozmiarami i ładunkami elektrycznymi. Różnica promieni zastępujących się jonów powinna być nie większa niż 15% a ładunek elektryczny sieci po substytucji musi być taki sam.
Wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia może dojść do zastąpienia się, w określonej proporcji, jonów, których promienie wykazują różnicę ponad 15%.

Izomorfizm jest częstym zjawiskiem w świecie minerałów, np.:

Oliwiny tworzą szereg , w którym forsteryt (Mg₂SiO₄) i fajalit (Fe₂SiO₄) są skrajnymi ogniwami, jako że magnez i żelazo zastępują się wzajemnie w dowolnej proporcji (różnica promieni jonowych jest mniejsza niż 15%).
W węglanach trygonalnych (grupa kalcytu) zastąpienie wapnia przez magnez byłoby bardzo trudne, ponieważ różnica ich promieni jonowych jest większa niż 15%; dlatego też między kalcytem (CaCO₃) a dolomitem (CaMg(CO₃)₂) nie ma substancji izomorficznej. Może natomiast do niej dojść między syderytem (FeCO₃) a magnezytem MgCO₃); w tym wypadku wymieniają się wzajemnie Fe i Mg.