Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 3

Все эти процессы, в особенности переходы второго рода, теоретически и экспериментально пока еще мало изучены.

Некоторые вещества обладают способностью в разных условиях кристаллизоваться в различные решетки.

Это явление, известное под названием полиморфизма, установлено для углерода, серы, железа, олова, сернистого цинка, окиси алюминия, двуокиси кремния, двуокиси титана, углекислого кальция и многих других веществ.

Так как свойства вещества в значительной мере определяются характером его кристаллического строения, то разные кристаллические модификации вещества одного и того же химического состава обладают различными свойствами.

Самым простым и наглядным примером этого положения может служить различие в свойствах двух общеизвестных модификаций углерода: графита и алмаза. Графит относится к гексагональной сингонии, непрозрачен, черного цвета, мягок, обладает удельным весом 2,22, хорошо проводит электрический ток. Алмаз принадлежит к кубической сингонии, прозрачен, его твердость по шкале Мооса 10, он имеет удельный вес 3,51 является диэлектриком.

Кристаллические структуры полиморфных модификаций могут различаться между собой координационными числами (например, координационные числа в β- и γ-железе равны соответственно 8 и 12), типом плотнейшей упаковки при одинаковом координационном числе (например, кубическая у ТiO2 — анатаза, рексагональная у ТiO2 — рутила и четырехслойная у TiO2 — брукита), расположением атомов одного из элементов (колумбит и моссит), углами структурных групп (угол Si — О — Si в кристобалите 180°, в кварце 160°) и, наконец, углами вращения молекул или радикалов в решетках (парафины).

Как отмечалось выше, атомы (молекулы, ионы) вещества всегда стремятся образовать устойчивую решетку, обладающую наименьшим запасом свободной энергии.

Так как этот запас свободной энергии зависит от определенных условий, то в одних условиях может быть устойчивой одна, а в других — другая модификация. Изменение условий, главным образом температуры и давления, может привести к изменению кристаллической решетки, т. е. переходу вещества из одной кристаллической модификации в другую, устойчивую в новых условиях.

В реакциях в смесях твердых веществ практическое значение имеют главным образом те процессы превращения кристаллических веществ, которые протекают при постоянном (атмосферном) давлении, но в геологических процессах основную роль часто играет давление.

Процесс перехода одной модификации в другую во многом аналогичен процессу перехода из твердого состояния в жидкое или обратно. Разница заключается в том, что при плавлении, например, упорядоченное расположение частиц в кристаллической решетке

заменяется менее упорядоченным их расположением в расплаве, а при полиморфном превращении один строгий порядок расположения частиц заменяется другим.

При такой замене одного порядка другим атомы не обмениваются местами, а лишь перемещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие между атомные. Однако эти перемещения и изменения взаимного расположения частиц вещества связаны, естественно, с затратой или выделением (освобождением) некоторого количества энергии.

 

Другие части:

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 1

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 2

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 3

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 4

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 5

Основные типы превращения твердых веществ. Полиморфизм . Часть 6

 

 

Содержание