Изоморфизмът е явление, при което различни по състав, но химично близки вещества с еднаква кристална форма кристализират заедно в общ смесен кристал. Градивните им частици се вмъкват една между друга или се заместват, като основната решетка се запазва.
Какво е изоморфизъм
Той се отнася за твърдото агрегатно състояние. Състои се в това, че кристални вещества, различни по състав, но близки в химично отношение, притежаващи една и съща или почти една и съща кристална форма с близки кристалографски константи - ръбни ъгли, кристализират из общ разтвор или стопилка в така наречения смесен кристал, изграден от градивните частички на двете изоморфни вещества. Смесени кристали се получават както при елементите, така и при съединенията. Изоморфизмът е изразен най-вече при елементите от вторичните подгрупи на периодичната система.
Как се образуват смесени кристали
Изграждането на смесени кристали може да става главно върху основата на вмъкване на градивните частички на едното вещество сред градивните частички на другото вещество или на заместване на градивните частички на едното вещество с градивните частички на другото вещество при запазване на основната кристална решетка (фигурата по-долу). Количеството на вмъкващото се вещество и заместващото зависи от условията и затова на смесения кристал не може да се даде стехиометричен състав.
Неограничена и ограничена смесваемост
Но във всички случаи "смесването" на градивните частички на двете изоморфни вещества става във всякакви проценти. И според това имаме смесени кристали, изградени върху основата на неограничена смесваемост (например смесения кристал злато-сребро) и на ограничена смесваемост (наоример смесения кристал сребро-мед). Ограничената смесваемост при повишение на температурата конвергира към неограничената смесваемост и ако температурата бързо се понижи, обратният процес "отсмесване" не може да стане и се получава така нареченият преситен смесен кристал. Получаването на преситени смесени кристали е добре разпространено при металните сплави. Като нестабилни системи с времето за обикновена температура протича бавен процес на отсмесване, при което механичните свойства на сплавта се променят - твърдостта и други механични показатели.
Зонални кристали
Характерен бекег за изиморфните вещества - солите, е изграждането на така наречени слоеве или зонални кристали. Ако се вземе кристалче от NiSO4.7H2O, което е зелено оцветено и се постави в безцветния наситен за обикновена температура разтвор на MgSO4.7H2O, който е изоморфен с NiSO4.7H2O, опитът показва, че кристалчето от NiSO4.7H2O увеличава своите размери в наситения разтвор на MgSO4.7H2O така като че ли се намира в собствения си наситен разтвор. Получава се зонален кристал, който във вътрешността си е зелено оцветен, а във външните си части е безцветен.
Условия за изоморфизъм
През последните няколко десетки години въпросът за изоморфизма се усложни. Въведоха се понятията "ненормални смесени кристали" и "нов вид смесени кристали". Сметна се, че условията за формиране на смесените кристали трябва да бъдат разширени. Подчерта се, че изоморфните вещества трябва да имат един и същ тип химична формула, да имат еднакъв тип кристална решетка и да притежават близки решетъчни по стойност константи.
Значение на изоморфизма
Явлението изоморфизъм е от съществено значение при сплавообразуването. Много сплави (метални) представляват смесени кристали. Върху основата на изоморфизма редица соли биват онечиствани при кристализацията им из водни разтвори. Чрез него се изяснява в значителна степен и голямото разнообразие на минералите.
- Изоморфните вещества образуват смесени кристали.
- Смесването може да е неограничено (злато-сребро) или ограничено (сребро-мед).
- Изоморфните вещества имат един и същ тип формула и решетка и близки решетъчни константи.
- Явлението е важно при сплавите и при разнообразието на минералите.
Често задавани въпроси
Какво е смесен кристал?
Смесен кристал е кристал, изграден от градивните частички на две изоморфни вещества, които кристализират заедно от разтвор или стопилка.
Какви условия трябва да изпълняват изоморфните вещества?
Те имат един и същ тип химична формула, еднакъв тип кристална решетка и близки по стойност решетъчни константи.
Къде се използва изоморфизмът?
Той е важен при образуването на метални сплави, при онечистването на соли при кристализация и за обясняване на разнообразието на минералите.