Изоморфизм условия его протекания

Способность кристаллических веществ различного состава образовывать непрерывно меняющиеся по составу соединения одинаковой кристаллической структуры основана на изоморфизме, т. е. свойстве атомов различных элементов заменять друг друга в твердых химических соединениях.

Термин " изоморфизм" введен в литературу в 1819 г. Э. Митчерлихом для описания своеобразного явления: кристаллы некоторых химически разнородных веществ подобны друг другу по своей форме (например, N81^03 и СаСОз). Позднее оказалось, что многие такие вещества нередко (но не всегда) подобны также и по своей кристаллической структуре и могут образовывать между собой твердые, т.е. кристаллические, растворы переменного химического состава.

Проиллюстрируем этот простейший случай изоморфизма на примере двух минералов— магнезита MgCOз и сидерита РеСОз- Кристаллы у них морфологически однотипны, структуры подобны друг другу

Между веществами MgCOз и РеСОз в природе имеются все промежуточные по составу разновидности; как говорят, они образуют между собой непрерывный ряд твердых (кристаллических) растворов. В химических формулах минералов переменного состава элементы, изоморфно заменяющие друг друга, объединяются в скобки, между ними ставится запятая. Формула магнезита имеет вид (Ре)СОз, сидерита—(Ре, М§)СОз. Обратите внимание и не делайте такую ошибочную запись формулы, как РеСОз —такого соединения нет: сумма зарядов катионов (8+) не скомпенсирована зарядом анионов (6—). Если известны точные количественные соотношения изоморфных элементов, в формуле пишутся коэффициенты. Здесь сумма коэффициентов внутри скобок равна коэффициенту за скобкой (0, 8 + 0, 2 = 1, 0ит.д.), а запятые между символами элементов внутри скобок обычно не ставятся. В общем виде ту же формулу можно написать так: (Л^.^Ре^СОз.

Вхождение изоморфных примесей в минерал, естественно, происходит без существенного изменения кристаллической решетки этого минерала, так как перестройка структуры привела бы к образованию нового минерала со своей пространственной решеткой Поэтому при изоморфном замещении должны соблюдаться следующие условия: а) близость радиусов участвующих в этом явлении атомов (по правилу Гримма— Гольдшмидта разность радиусов в простых ионных кристаллах обычно не превышает 15% от размера меньшего атома); б) определенное сходство химических свойств заменяющих друг друга элементов; в) сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.