Условия проявления изоморфизма

Возможность изоморфного замещения зависит от ряда причин или факторов – внутренних и внешних.

Внутренние факторы определяются свойствами самих элементов (ионов). К ним относятся:

1. Радиусы ионов (или атомов) являются близкими, и их разница не превышает 15% (привали Гримма-Гольдшмидта).

d =|r₁-r₂/r₁|*100%, где

r₁ – радиус замещающего иона; r₂ – радиус замещаемого иона;

При d меньше 15% - возможен совершенный изоморфизм; при d=15-40% изоморфная смесимость может быть частичной только при высоких температурах и давлении.

2. Необходимо также сохранение электронейтральности кристаллической постройки минерала.

3. Определенное сходство химических свойств заменяющих друг друга элементов. Например, в паре магнезит-сидерит радиусы магния (0,078нм) и железа двухвалентного (0,082нм) близки, для обеих свойственны сходные химические связи, оба они двухвалентны, т.е. нейтральность кристаллической решетки сохраняется.

К внешним факторам изоморфизма относятся температура, давление, концентрация веществ в среде протекания процесса. С увеличением температуры возрастает степень смесимости веществ. Многие ионы, не замещающие друг друга в решетках минералов при низких температурах, при высоких образуют изоморфные смеси. Магматизм – основная область проявления изоморфизма в земной коре. Большой изоморфной емкостью обладают породообразующие минералы основных, кислых и щелочных пород.

Повышение концентрации в среде минералообразования элемента, изоморфно входящего в кристаллическую решетку, способствует изоморфизму. Процесс протекает более интенсивно, если в рассматриваемой среде будет понижена концентрация «главного», т.е. замещаемого элемента. Т.о., изоморфные примеси в минералах (особенно переменного состава) отражают особенности химизма среды минералообразования, т.е. расплавов и растворов, из которых и в которых они образуются.

Академик А.Е.Ферсман охарактеризовал возникновение этих соединений таких путем: «Образование изоморфных смесей отвечает общим законам энтропии, особенно в условиях высоких температур, и поэтому энергетически оно необходимо и более выгодно, чем образование чистых соединений».