Полиморфизм в минералах

Полиморфизм– явление существования одного и того же химического вещества, с кристаллическими решётками различных видов (различные виды симметрии и сингониии). Это явление было установлено также Э. Митчерлихом в 1820 г. В мире минералов данное явление довольно широко представлено. Например: пирит (кубический) – марказит (ромбический), алмаз (кубический) – графит (гексагональный) кальцит (тригональный) – арагонит (ромбический). Несмотря на одинаковый химический состав свойства минералов могут резко отличаться.

Минералы с разной кристаллической решёткой, но одинаковым химическим составом называются полиморфными модификациями.

Свойства полиморфных модификаций:

1) Возможность существования тех или иных модификаций минералов полностью определяется температурой (Т) и давлением (Р), при этом превращения могут оказаться энантиотропными, т.е. осуществляющиеся как в прямом направлении, так и в обратном направлении. Например: обычная природная самородная сера, кристаллизующаяся в ромбическая сингонии, при нагревании до 95,5˚С (при нормальном давлении), переходит в моноклинную серу, а при понижении температуры до 95,9˚С переходит обратно в ромбическую; кварц, кристаллизующийся в тригональной сингонии (α-кварц), при нагревании до 573˚С переходит в гексагональную модификацию (β-кварц), а при остывании вновь приобретает тригональную сингонию. Монотропныепревращения проистекают в одну сторону. Например:– графит (С), кубическая модификация углерода (алмаз) при высоких температурах (около 3000 С) и постоянном давлении, без доступа кислорода переходит в гексагональную модификацию (графит). При постепенном увеличении давления из графита можно получить мелкие кристаллы алмаза;

2) Химический состав минералообразующей среды влияет на образование той или иной полиморфной модификации. Например: в гидротермальных растворах доли % стронция (Sr), приводят к кристаллизации арагонита – (Са, Sr)[CO₃], вместо кальцита – (Са,Sr)[CO₃];

3) В процессе полиморфных превращений может меняться тип химических связей. Например: алмаз имеет ковалентный тип связи, а графит – молекулярный;

4) Количество полиморфных модификаций обычно составляет – 1, 2, но не более 4. Например: двуокись титана (TiO₂) имеет три полиморфные модификации – рутил (тетрагональная сингония, гексагональная плотнейшая шаровая упаковка), анатаз (тетрагональная сингония и кубическая плотнейшая шаровая упаковка); углерод имеет четыре – алмаз, графит, чаоит, лонсдейлит;

5) При полиморфных превращениях изменяется координационое. Например: координанное число (КЧ) у графита – 3 (КМ - треугольник), у алмаза – 4 (КМ - тетраэдр).

6) Тип плотнейшей шаровой упаковки. Например: кубическая у алмаза, гексагональная у графита.