Явление изоморфизма. Типы изоморфизма

Явление изоморфизма

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество примесей незначительно – это минералы постоянного состава, например, кварц, галит, в них количество примесей не превышает 0,01 %.

Другие минералы содержат разные (от незначительных до больших) количества химических примесей. Так, в разных образцах сфалерита (ZnS) количество железа колеблется от 0 до 20 ат. % от суммы Zn и Fe. Такие минералы называются минералами переменного состава. Главная причина этого – явление изоморфизма.

Изоморфизмом называется явление замены в кристаллической решетке минерала одних химических элементов другими. Примером изоморфизма может служить случай изоморфизма магнезита MgCO3 и сидерита FeCO3. Эти минералы имеют кристаллы одинаковой формы. Между веществами MgCO3 и сидерита FeCO3 имеются все промежуточные по составу разновидности. Как говорят, они образуют между собой непрерывный ряд твердых (кристаллических) растворов. Записывают формулы таких минералов, объединяя элементы, изоморфно замещающие друг друга, скобками, между элементами ставится запятая: (Fe,Mg)CO3. Если известны точные количественные соотношения этих элементов, то в формуле пишутся коэффициенты: (Mg0,8Fe0,2)1,0CO3 и т. д. Здесь сумма коэффициентов за скобками равна сумме коэффициентов внутри скобки: 0,8+0,2 = 1,0.

При изоморфной замене одного атома другим существенного изменения кристаллической решетки не происходит. Поэтому для явления изоморфизма необходимы следующие условия:

1. Ионные радиусы изоморфно замещающихся элементов должны быть близки.

2. Близость химических свойств элементов, замещающих друг друга.

3. Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

В паре магнезит – сидерит радиусы Mg2+(0,078 нм) и Fe2+(0,082), близки, химические свойства также сходны, оба двухвалентны, т.е. нейтральность кристаллической решетки сохраняется.

Типы изоморфизма

Типы изоморфизма различаются между собой по характеру сохранения электронейтральности кристаллической решетки (по типу компенсации валентностей), по числу атомов, участвующих в изоморфном обмене, по структурному положению изоморфных примесей, по степени совершенства.

По характеру компенсации валентности различают изовалентный и гетеровалентный изоморфизм.

1) При изовалентном (например, магнезит MgCO3 – сидерит FeCO3) происходит замена одного элемента другим элементом такой же валентности, например, Mg2+Fe2+.

2) В гетеровалентном изоморфизме участвуют ионы разной валентности. Существует три разновидности гетеровалентного изоморфизма:

 а) Появление дырочных вакансий. Например, витилиго ZnS с примесью индия (In3+). Места Zn2+ в трех узлах кристаллической решетки уступают место двум ионам индия и одной вакансии по схеме 3Zn2+← 2In3+ٱ. Структура минерала становится дефектной. Появляется дырочная вакансия. В физической химиивещества с такими изоморфными примесями называются твердыми растворами вычитания.

б) Гетеровалентный изоморфизм с внедрением дополнительного атома в межузельное пространство. Примером может служить кварц. Например, в аметисте присутствует ничтожная примесь (0,01 %) железа и щелочей. Считается, что железо в кристаллической решетке кварца занимает позиции кремния, заменяя его по схеме Si4+Fe3+. Для компенсации валентности в межузельное пространство кристаллической решетки кварца внедряются катионы щелочных металлов R+. Общая схема изоморфизма такова Si4+Fe3+R+.

в) гетеровалентный изоморфизм замещения. Например, плагиоклазы. Плагиоклазы – это кальциево-натриевые полевые шпаты переменного состава. Установлены все промежуточные разновидности между минералами состава Na(AlSi3O8) и Ca(Al2Si2O8). Изоморфизм происходит по схеме Na+Si4+ Ca2+Al3+, при этом количество атомов остается неизменным и электронейтральность кристаллической решетки сохраняется. Атомы натрия и кальция располагаются в одних и тех же узлах решетки, заменяя друг друга, то же относится к кремнию и алюминию. Этот тип среди гетеровалентного изоморфизма считается основным.

Изоморфизм может классифицироваться по степени совершенства как совершенный (неограниченный) и несовершенный (ограниченный).

1) Неограниченный изоморфизм – когда возможна полная замена одних атомов другими, т. е. могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы, как в ряду магнезит – сидерит.

2) Ограниченный изоморфизм, когда количество изоморфной примеси не может превышать какого-то предела. Например, корунд и рубин, в котором количество хрома не может превышать 1,5 – 2 % Cr2O3.

06 июля 2012 /
Похожие новости
Минерал, минеральный вид, разновидность
Физические и химические свойства минералов
  Полиморфизм – это существование веществ одного и того же химического состава, но разной структуры. Полиморфные модификации – разные минералы. Например, графит и алмаз –
Способы изображения кристаллических структур минералов
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Сколько часов 1 сутках?
Ответ:*
Введите код: