Чому відбуваються поліморфні перетворення?

Вибір між політипами здійснюється за принципом мінімізації вільної енергії.

G = H – TS + PV

вільна енергія = ентальпія(теплота) – температура·ентропія + тиск·об’єм

Вільна енергія мінералу змінюється із температурою і тиском. Як видно із рис. 8.1, тенденція зміни вільної енергії в кожного із мінералів-поліморфів різна. При даному значенні температури стабільною є та фаза (мінерал), що має меншу вільну енергію. Відповідно, може існувати значення температури, коли вільні енергії обох мінералів співпадають. Звіна температури в любу сторону від цієї точки призведе до фазового переходу – заміщення одного поліморфу іншим.

Рис. 8.1. Схема, що ілюструє фазовий перехід в парі поліморфних фаз.

Стабільною є та фаза, що має при даних значеннях Р-Т-a_i мінімальну вільну енергію.

Варто пам’ятати:

Зміна хімічного складу, що супроводжується зміною структури, не може розглядатися як поліморфізм. Для прикладу – (Mg,Fe)₂[Si₂O₆] – піроксен із низьким вмістом кальцію має два полі морфи – ромбічний і моноклінний. Збільшення вмісту кальцію приводить до появи нового моноклінного мінералу діопсиду Ca(Mg,Fe)[Si₂O₆] – це не поліморф.

Відмінності між структурами поліморфних модифікацій:

1. Різна координація одних і тих же елементів в структурах (позиція Al в Al2SiO5 – полі морфи).
кіаніт	андалузит	силіманіт

1. Різні типи найщільнішої упаковки (сфалерит кубічна – вюртцит гексагональна

1. Зміна структурного мотиву у оксиду титану TiO2 – поліморфи:
   
   

рутил (тетр P)

брукіт (ромб. P)

анатаз (тетр. I)

Таблиця

Таблиця 8.1. Поширені поліморфи серед мінералів Приклади мінералів – поліморфних модифікацій

Згідно із своїми кристалохімічними особливостями, кожний із поліморфів характеризується певною кристаломорфологією і фізичними властивостями.