Изоморфизм

и

ИЗОМОРФИЗМ, явление, заключающееся в том, что разные твердые кристаллические вещества неодинакового (но, в известной степени, аналогичного) химического состава кристаллизуются в одинаковой кристаллографической системе и в одинаковом кристаллографическом классе. Изоморфизм был установлен впервые Митчерлихом (в 1820 г.) на примере фосфорнокисых и мышьяковокислых солей. Близкая кристаллическая структура изоморфных соединений находит себе выражение в том факте, что кристаллы одного из изоморфных друг другу веществ, будучи погружены в насыщенный раствор другого изоморфного вещества, могут обрастать с поверхности слоем этого вещества, а также и в том, что изоморфные друг другу вещества могут выкристаллизоваться из смешанного раствора в виде общих кристаллов; такие кристаллы содержат оба вещества в непостоянном количественном отношении, зависящем от количественного соотношения изоморфных веществ в растворе.

Изоморфизм - явление, весьма распространенное в химии земной коры; многие минералы представляют собою изоморфные смеси аналогичных по химическому строению соединений различных элементов. Величина кристаллографических констант кристаллов таких изоморфных смесей (например, величина углов граней) имеет значение промежуточное по сравнению с величинами соответствующих констант отдельных входящих в изоморфную смесь соединений и колеблется в зависимости от того, какой из их ингредиентов содержится в смеси в большем количестве. Так, например, КМnO4 и КСlO4 выкристаллизовываются из раствора обоих веществ в виде общих кристаллов ромбической системы. Сернокислые соли многих двувалентных металлов кристаллизуются с семью частицами кристаллизационной воды в виде смешанных кристаллов и образуют, как говорят, «изоморфный ряд» купоросов: ZnSО4·7Н2О; NiSО4·7Н2О; MgSО4·7H2О и т. д. То обстоятельство, что изоморфные вещества выкристаллизовываются в виде общих кристаллов смешанного состава, несомненно свидетельствует о какой-то общности в химизме их строения, и в изоморфные ряды б. ч. попадают элементы, близкие по свойствам, хотя иногда в одинаковые изоморфные ряды приходится обносить, казалось бы, и совсем несходные друг с другом элементы.

Как показал Гримм, изоморфизм находится в следующей зависимости от атомных радиусов элементов в состоянии их ионов. 1) При одинаковом строении ионов условия изоморфизма определяются последовательностью в величинах радиусов ионов. Эта разница уменьшается в таблице слева направо по мере возрастания величины положительной валентности.

Смесимость изоморфных соединений элементов (по Вульфу)

Вместе с этим уменьшается и влияние этой разницы на условия изоморфизма. 2) Различие в строении ионов гелиевой и неоновой конфигурации, очевидно, обусловливает отсутствие изоморфизма соответственных элементов. 3) Сущность «химического сходства» или «химического родства» элементов изоморфных рядов состоит у ионов с одинаковой наружной электронной оболочкой в близости ионных радиусов. Согласно исследованиям Ретгерса, изоморфные вещества смешиваются без изменения объема, т. е. объем изоморфной смеси равен сумме объемов смешиваемых кристаллов: v = v1 + v2. Если обозначить через s, s1 и s2 удельные объемы изоморфной смеси и ее компонентов, а через Р и (100—Р) %-ное содержание ингредиентов, то

Izomorfizm 2

Приняв за d, d1 и d2 - удельный вес смеси и ее составных частей, имеем для изоморфной смеси:

Izomorfizm 3

а так как v1 + v2 = 100, то получаем

Izomorfizm 4

Это уравнение Ретгерса определяет линейную зависимость между удельным весом и объемным составом смеси.

Ниже приведены примеры некоторых изоморфных друг другу минералов.

Изоморфные друг другу минералы

В приведенной выше таблице сопоставлены взаимоотношения химических элементов с точки зрения строения их атомов и способности образовывать изоморфные ряды.

Исследование изоморфных смесей при помощи рентгеновских лучей доказало, что кристаллы изоморфных смесей совершенно однородны и отдельные сходные атомы изоморфных соединений занимают вполне закономерное положение в общей структуре кристаллической решетки. 

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.