Что такое полиморфизм в химии

ПОЛИМОРФИЗМ

<​p>С учетом законов термодинамики, полиморфные модификации обычно принимают форму фаз, которые можно подразделить на два типа П. Если каждая модификация остается устойчивой в определенном диапазоне температур и давлений, то такие фазы называются энантио-тропными. Внедрение процесса энантиотропии требует строгих условий, чтобы одна фаза могла перейти в другую и это возможно в обоих направлениях. Тем не менее, энантиотропные превращения могут быть кинетически замедлены, поэтому метастабильная модификация может существовать в течение длительного времени. Например, алмаз и многие другие минералы являются метастабильными при атмосферном давлении и комнатных температурах. В то же время, некоторые полиморфные превращения происходят настолько быстро, что видимые эффекты включают растрескивание кристаллов или движение границы раздела фаз.

<​p>Если одна из двух модификаций неустойчива при всех температурах ниже точки плавления, то эти две модификации называются монотропными (например, модификации пропилбензола). В этом случае переход метастабильной модификации в стабильную возможен только в одном направлении. Метастабильную фазу можно получить только из переохлажденной жидкости (или пара). При энантиотропии каждой модификации соответствует определенная область на диаграмме состояния; при монотропии такая область имеется только для устойчивой модификации. Визуализацию таких диаграмм состояния можно получить с помощью кривых Ф свободной энергии в зависимости от температуры при постоянном давлении. В случаях, показанных на рисунке а и б, модификации I и II соответствуют энантиотропии и монотропии (точки пересечения кривых соответствуют равновесию между модификациями и жидкой фазой).

<​p style="clear: both">

<​p>Лит.: Физика и химия твердого состояния органических соединений, пер. с англ., М., 1967; Проблемы физики и химии твердого состояния органических соединений, пер. с англ., М., 1968; Верма А., Рам Кришна П., Полиморфизм и политипизм в кристаллах, пер. с англ., М., 1969; Бок и и Г. Б., Кристаллохимия, 3 изд., М., 1971; Изюмов Ю. А., Сыромятников В. Н., Фазовые переходы и симметрия кристаллов, М., 1984. П. М. Зоркий.

<​p>Источник

Механизм полиморфных превращений в металлах

Под понятием полиморфизма в металловедении понимают произвольные изменения в кристаллографической структуре материала. В этом случае аллотропическое или полиморфное превращение является ключевым фактором, влияющим на свойства и применение металлов, которые имеют склонность к таким изменениям.

Суть явления

Перемены, которые возникают веществе вследствие внешних изменений – температуры, давления или их сочетания.

Основные свойства вещества определяются его химическим составом, геометрией атомов и ионов, а также силами, удерживающими их вместе.

Большинство минералов состоят из двух или более элементов и их химический состав следует из количественного анализа, обозначая относительные пропорции элементов. Это приводит к значительным вариациям в ионах, занимающих определенные позиции в структуре. Например, содержание железа в родохрозите (MnCO₃) может варьироваться в широких пределах, поскольку железо двухвалентное замещает катионы марганца в структуре.

Поэтому формула этого минерала может быть записана в виде (Mn, Fe) CO₃. Она показывает, что количество марганца и железа может меняться, но отношение катиона к отрицательно заряженной анионной группе остается постоянным: один атом Mn 2+ или Fe 2+ к одной группе CO₃. Такая замена является результатом замены одного иона или ионной группы другими в конкретной структуре. Это называется ионным замещением или твердым раствором. Существуют три типа твердых растворов:

Замещающий твердый раствор является наиболее распространенным типом: это хорошо проиллюстрировано родохрозитом. Однако степень замещения может быть также и другими факторами, особенно размером иона. Ионы двух элементов могут замещать друг друга только в случае, если их ионные радиусы отличаются примерно на 15% или менее.

Ионные замещения также влияют на аллотропические изменения, связанные с температурой начала роста кристаллов. При повышенной температуре в кристаллической структуре возникает больше термического беспорядка, что приводит к возможности ионных замещений, которые не могут происходить при низких температурах. Например, высокотемпературная форма KAlSi₃O8 (санидин) может содержать больше натрия вместо калия, чем низкотемпературные формы данного минерала.

Баланс между положительными и отрицательными зарядами в структуре также является важным фактором, влияющим на ионные замещения. Замена одноактивного иона (например, Na + ) двухактивным ионом (например, Ca 2+ ) требует дополнительных замен, чтобы сохранить электрическую нейтральность структуры.

Условия для полиморфного превращения

Электрические силы определяют стабильность химических связей атомов и ионов металлов. Физические и химические свойства минералов зависят от типов этих связей. Всего существует пять типов химических связей:

• Ионные связи проявляются в тенденции атомов металлов приобретать или терять электроны, чтобы сделать внешние орбитали стабильными. Это достигается заполнением орбиталей максимально допустимым числом валентных электронов. Кристаллы с ионной связью имеют умеренную твёрдость и удельный вес, высокие температуры плавления и плохую теплопроводность и электропроводность.
• Ковалентные связи образуются только между резко полярными веществами и практически отсутствуют у металлов. Металлы обладают высокой пластичностью, прочностью, пластичностью и проводимостью. Они имеют более низкую твёрдость и более высокие температуры плавления и кипения по сравнению с материалами с ковалентной связью. Металлический механизм связи представляет собой набор положительно заряженных ионов, окруженных облаком валентных электронов. Притяжение между ионами и электронами обеспечивает стабильность кристалла.
• Связи Ван-дер-Ваальса и водородные связи характерны для газов, органических жидкостей и некоторых твёрдых тел, но не рассматриваются в данной классификации.

Прочность и твердость кристалла, а также его температура плавления, увеличиваются пропорционально силе связи. Для разделения более сильных электрических связей требуется большее количество тепла.

Такая классификация объясняется основанием, что вещества могут иметь свойства более чем одного типа связи.

Ионные связи обеспечивают умеренную твердость и плотность, высокие температуры плавления и плохую теплопроводность и электропроводность.

Металлы, образующие ковалентные связи, имеют высокую пластичность, прочность, пластичность и проводимость. Они обладают более низкой твердостью и более высокими температурами плавления и кипения, чем вещества с ковалентной связью. Эти свойства объясняются наличием положительно заряженных ионов, окруженных облаком валентных электронов, которые удерживают кристаллы вместе.

Электроны в металлах не связаны с конкретными ионами и свободно перемещаются по структуре. Подвижность электронов обеспечивает способность металлов проводить тепло и электричество.

Связи Ван-дер-Ваальса и водородные связи характерны для газов, органических жидкостей и нескольких твёрдых тел, поэтому не рассматриваются в данной конкретной классификации.

Механизм превращения

Самородные металлы разделяются на три группы, представляющих разную интенсивность полиморфных превращений:

Ртуть, тантал, олово и цинк проявляют слабый полиморфизм.

Золото, серебро и медь относятся к одной группе (столбцу) таблицы элементов и, соответственно, обладают схожими химическими свойствами. В незакомбинированном состоянии атомы этих металлов соединены слабой металлической связью, поэтому они расположены в простом кубическом порядке и образуют плотно упакованную структуру. Радиусы атомов золота и серебра составляют 1,44 × 10 –7 мм, что позволяет полностью смешиваться между собой. Радиус меди значительно меньше (1,28 Å), поэтому медь может замещать золото и серебро только в ограниченной степени. Из-за схожей кристаллической структуры металлы группы золота обладают схожими физическими свойствами, что позволяет им хорошо кристаллизоваться в изометрической системе и иметь высокую плотность упаковки.

Металлы платиновой группы претерпевают аллотропное превращение по аналогичному механизму.

Металлы группы железа имеют изометрическую структуру и простую кубическую упаковку, что обуславливает легкость полиморфных превращений, которым они подвергаются.

Почему полиморфное превращение также называют перекристаллизацией?

У всех металлов, которые проходят аллотропные превращения, кристаллические структуры изменчивы и могут изменяться в нескольких разных пропорциях.

Некоторые полиморфные формы могут оставаться стабильными только при наличии небольшого количества растворителя при кристаллизации.

Поэтому перекристаллизация — это процесс перестройки одной кристаллической решетки в другую, который обязательно сопровождается определенными полиморфными превращениями.

Источник

ПОЛИМОРФИЗМ

Из термодинамической точки зрения, полиморфные модификации обычно являются различными фазами. В качестве полиморфизма выделяются два типа: энантиотропный и монотропный. Если обе модификации имеют устойчивость в определенном интервале температур и давлений, то они называются энантиотропными фазами. В принципе, ожидается, что одна энантиотропная фаза будет превращаться в другую при определенных условиях, происходящих в любом направлении. Однако эти превращения порой очень медленные и метастабильная модификация может существовать длительное время. Например, алмаз и некоторые другие минералы являются метастабильными при атмосферном давлении и комнатной температуре. В то же время, некоторые полиморфные переходы происходят настолько быстро, что их можно наблюдать глазами, как трещины в кристалле или перемещение фазовой границы.

Если одна из двух модификаций термодинамически неустойчива при любых температурах ниже точки плавления, то эти модификации называются монотропными, например, модификации пропилбензола. В этом случае возможен только однонаправленный переход от метастабильной модификации к стабильной. Метастабильную фазу можно получить только из переохлажденной жидкости (или пара). При энантиотропии каждой из двух модификаций соответствует определенная область на диаграмме состояния; при монотропии такая область имеется только для устойчивой модификации. Интерпретация таких диаграмм состояния осуществляется с помощью зависимости свободной энергии F от температуры при постоянном давлении. В случае показанных на рисунках а и б модификаций I и II точка пересечения кривых отвечает состоянию равновесия между модификациями и жидкой фазой.

Литература: Источник

ПОЛИМОРФИЗМ

Полезное

Смотреть, что такое «ПОЛИМОРФИЗМ» в других словарях:

Полиморфизм — концепция в объектно-ориентированном программировании, которая позволяет объекту представлять себя в различных формах и иметь различное поведение в зависимости от контекста. Он проявляется в способности объектов с одним и тем же интерфейсом выполнять разные действия, в зависимости от их типа или реализации.

Полиморфизм — в химии, физике и геологии полиморфизм означает возможность существования вещества в различных формах с разными кристаллическими структурами.

Полиморфизм — в зоологии и ботанике это возможность различных форм у живых организмов одного вида без использования изолирующих репродуктивных механизмов.

Источник: Источник

Полиморфизм

Изучить определение «Полиморфизм» в разных словарях:

полиморфизм — это полиморфизм … Орфографический словарь-справочник

ПОЛИМОРФИЗМ — (букв. многообразность, многоформенность) 1) в химии свойство веществ, которые имеют одинаковый химический состав и структуру, принимать разные кристаллические формы; 2) в естественной истории многообразие особей одного вида, кото происходят от разделения… … Словарь иностранных слов русского языка

ПОЛИМОРФИЗМ — (от греч. polymorphos многообразный), способность некоторых веществ существовать в разных состояниях с различной кристаллической структурой (см. КРИСТАЛЛОХИМИЯ). Каждое из таких состояний (термодинамические фазы) называется п о л и м о р ф н о й м о д и ф и к а ц и е й,… … Физическая энциклопедия

ПОЛИМОРФИЗМ — (от поли. и morphe форма, вид) полифазность, явление прерывистого и одновременного морфологического различия между особями или группами особей в популяции какого-либо вида без наличия изолирующих размножительных механизмов. В различных группах растений и… … Экологический словарь

ПОЛИМОРФИЗМ — ПОЛИМОРФИЗМ, в минералогии существование вещества в двух (диморфных) или более формах КРИСТАЛЛОВ с разной структурой. Полиморфизм возникает из-за разницы в температуре или давлении, или и того, и другого, при образовании различных пород.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Полиморфизм — (от греч. polymorphes многообразный * a. polymorphism; н. Polymorphismus; ф. polymorphisme; и. polimorfismo) способность некоторых химических элементов и соединений существовать в различных кристаллических структурных формах (фазах) с разной симметрией.… … Геологическая энциклопедия

полиморфизм — а, м. polymorphisme m. 1. В химии свойство некоторых веществ кристаллизоваться в различных формах. БАС 1. 2. В зоологии и ботанике присутствие среди особей одного вида животных или растений форм, которые более или менее значительно отличаются друг от друга.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ПОЛИМОРФИЗМ — ПОЛИМОРФИЗМ, мн. нет, муж. (от греч. poly много и morphe форма). 1. Существование особей одного и того же вида с разными формами строения (зоол., бот.). Полиморфизм пчел и муравьев. 2. Свойство одного и того же вещества… … Толковый словарь Ушакова

Полиморфизм — это способность объекта в объектно-ориентированном программировании выбирать правильный метод в зависимости от типа данных, получаемых в сообщении. На английском: Polymorphism См. также: Объектно-ориентированное программирование Финансовый словарь… … Финансовый словарь