Полиморфизмът е свойство на кристалните вещества да променят типа на кристалната си решетка при промяна на условията, например на температурата или налягането. Получените форми се наричат полиморфни модификации. Пример са диамантът и графитът при въглерода.
Какво е полиморфизъм
Присъщ е на кристалните вещества независимо от природата на градивните частички. Състои се в промяна на типа кристална решетка при промяна на условията. Говори се за полиморфни форми (модификации).
Всяка полиморфна форма е стабилна и устойчива в определена област от условия. Сярата е позната най-често в двете полиморфни форми - ромбична от низки температури до 95,6 градуса по Целзий и моноклинна - над 95,6 градуса по Целзий до температурата на стопяването й. Температурата, при която едната полиморфна форма преминава в другата, се нарича температуар на превръщане. Температурата на превръщане зависи от налягането и онечистването. Ледът е познат в седем полиморфни форми при съответна промяна на налягането и температурата, желязото в четири полиморфни форми, амониевият нитрат в пет полиморфни модификации и прочие. Полиморфизмът е общо свойство на всички твърди вещества. Ако на някои не са познати полиморфните форми, това е въпрос до условия. В някои случаи полиморфното превръщане протича при температурата на превръщане с голяма скорост, при други с толкова малка скорост, че е възможно да става преохлаждане или прегряване и преминаване в област на условия, в която първата полиморфна форма не е стабилна система. Такъв е случят със сярата, калая и други. Преминаването на нестабилната модификация в съответната стабилна може да се ускори или като се надраска повърхността, или се наръси с прах от съответната стабилна модификация. Прието е полиморфните форми да се обозначават с началните букви на гръцката азбука, например αS, βS, γS, δS, εS и прочие.
Разлика в свойствата на модификациите
В едни случаи разликата в свойствата между полиморфните форми е много голяма - бял фосфор и червен фосфор, при въглерода - диаманта и графита и прочие, а при други малка - ромбична сяра и моноклинна сяра. Голямата разлика в свойствата на полиморфните форми на някои твърди елементи се яви като непреодолима пречка за пълното сравняване на свойствата на химичните елементи в рамките на периодичната система.
Енантиотропно и монотропно превръщане
Ако температурата на превръщане лежи под температурата на стапяне на двете полиморфни форми, тогава е възможно полиморфното превръщане в двете насоки. Нарича се енантиотропно превръщане. При сярата αS преминава в βS сяра при сгряване и βS сяра преминава в αS сяра при охлаждане и прочие. Ако температурата на превръщане протича само в една посока се говори за монотропно превръщане - при въглерода - диаманта и графита. При сгряване диамантът преминава в графит. Но колкото и високо да сгряваме графита, той не се превръща в диамант. Идва се до температурата на стапяне на графита. При промяна на налягането може монотропното превръщане да се превърне в енантиотропно. По този начин е превърнат графитът в диамант.
Много често високотемпературната полиморфна форма при превръщането си в по-нискотемпературната запазва външната си форма. Говори се за параморфоза.
Полиморфизъм и алотропия
Полиморфизът при химичните елементи (твърди) се нарича алотропия, а модификациите - алотропни форми или прости вещества. Така че алотропията е частен случай от полиморфизма. Но тя се отнася и за течните, и за газовите химични елементи. По-общото понятие полиморфизъм не е прието да се отнася за течните и газовите химични елементи.
Значение на полиморфизма
Полиморфизмът е от значение за практиката. Така например αFe и γFe имат голяма разлика в механичните свойства. Докато αFe е меко, γFe е твърдо. Последното се получава над 910 градуса по Целзий. Ако то бързо се охлади, не преминава в αFe - това е основна причина за закалката на стоманата.
При бавно охлаждане на γFe от 910 градуса по Целзий до обикновена температура протича процес на откаляване (отвръщане) на стоманата. То преминава в αFe. Освен това полиморфизмът е от значение за керамичната, огнеупорната промишленост и прочие.
- Всяка полиморфна форма е устойчива в определена област от условия.
- Температурата, при която една форма преминава в друга, е температура на превръщане.
- Превръщането може да е в двете посоки (енантиотропно) или само в една (монотропно).
- Алотропията е частен случай на полиморфизма при химичните елементи.
Често задавани въпроси
Какво е температура на превръщане?
Това е температурата, при която една полиморфна форма преминава в друга. Тя зависи от налягането и от примесите.
С какво се различават енантиотропното и монотропното превръщане?
При енантиотропното превръщането протича в двете посоки (сяра), а при монотропното само в една (диамант към графит при нагряване).
Каква е връзката между полиморфизъм и алотропия?
Алотропията е полиморфизъм при химичните елементи. Алотропни форми са например диамантът и графитът.