Что такое полиморфизм в физике

Полиморфизм (в физике)

Каждая модификация устойчива в определённой области температуры, давления, а также др. внешних условий. Фазовые диаграммы равновесия определяют области устойчивости полиморфных модификаций (см. Диаграмма состояния). Теоретический расчёт фазовых диаграмм основан на вычислении термодинамических характеристик, а также энергии и спектра колебаний кристаллической решётки для различных полиморфных модификаций. Например, расчёт диаграммы состояния С позволил установить, что область возникновения структуры алмаза лежит при давлениях

50 кбар, что облегчило путь к синтезу алмазов.

Переход менее стабильной модификации в более стабильную связан с преодолением энергетического барьера, который существенно меньше, если превращение происходит постепенно, путём зарождения и последующего роста в ней областей новой фазы. Барьер преодолевается за счёт тепловых флуктуаций; поэтому, если вероятность флуктуаций мала, менее устойчивая фаза может длительное время существовать в метастабильном состоянии. Например, алмаз, метастабильный при атмосферном давлении и комнатной температуре, может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В других веществах, наоборот, различные модификации легко переходят друг в друга при изменении температуры и др. Поскольку превращение проходит через стадию сосуществования исходной и образующейся фаз, между фазами возникает упругое взаимодействие, влияющее на развитие превращения. Эти взаимодействия особенно проявляются при мартенситных превращениях.

Частный случай полиморфизма — политипизм, который наблюдается в некоторых кристаллах со слоистой структурой. Политипные модификации построены из одинаковых слоев или слоистых «пакетов» атомов и различаются способом и периодичностью наложения таких пакетов. Политипные модификации наблюдаются у глинистых минералов, карбида кремния и др.

Лит.: Верма А. Рам., Кришна П., Полиморфизм и политипизм в кристаллах, [пер. с англ.], М., 1969; Бокий Г. Б., Кристаллохимия, 3 изд., М., 1971.

Что такое полиморфизм в физике. Смотреть фото Что такое полиморфизм в физике. Смотреть картинку Что такое полиморфизм в физике. Картинка про Что такое полиморфизм в физике. Фото Что такое полиморфизм в физике

а — изменение свободной энергии U кристалла при изменении взаимного расположения атомов, минимумы соответствуют двум устойчивым модификациям a и b ; б — зависимость U от температуры.

Источник

Полиморфизм (в физике)

50 кбар, что облегчило путь к синтезу алмазов.

Частный случай П. ‒ политипизм, который наблюдается в некоторых кристаллах со слоистой структурой. Политипные модификации построены из одинаковых слоев или слоистых «пакетов» атомов и различаются способом и периодичностью наложения таких пакетов. Политипные модификации наблюдаются у глинистых минералов, карбида кремния и др.

Лит.: Верма А. Рам., Кришна П., Полиморфизм и политипизм в кристаллах, [пер. с англ.], М., 1969; Бокий Г. Б., Кристаллохимия, 3 изд., М., 1971.

Полезное

Смотреть что такое «Полиморфизм (в физике)» в других словарях:

Полиморфизм (в физике) — Полиморфизм кристаллов (от греч. polýmorphos многообразный) способность вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.) Характерен для… … Википедия

Полиморфизм — В Викисловаре есть статья «полиморфизм» Полиморфизм (от греч. πολὺ много, и … Википедия

Полиморфизм — I Полиморфизм (от греч. polýmorphos многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз),… … Большая советская энциклопедия

ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия

СИММЕТРИЯ — (от греч. соразмерность), понятие, характеризующее переход объектов в самих себя или друг в друга при осуществлении над ними оп редел. преобразований (преобразований С.); в широком смысле свойство неизменности (инвариантности) некоторых… … Философская энциклопедия

Медицина — I Медицина Медицина система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни людей, предупреждение и лечение болезней человека. Для выполнения этих задач М. изучает строение и… … Медицинская энциклопедия

ДАВЛЕНИЕ ВЫСОКОЕ — Границы Д. в. условны, обычно высокими считают давления р, превышающие нек рое характерное для данного физ. явления (пли конкретной задачи) значение. Часто Д. в. считают р>0,1 ГПа (св. 103 ат); столь же условно деление Д. в. на высокие и… … Физическая энциклопедия

Агрегатные состояния — вещества, состояния одного и того же вещества (например, воды, железа, серы), переходы между которыми сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии (См. Свободная энергия), энтропии (См. Энтропия), плотности (См. Плотность) … Большая советская энциклопедия

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА — (от лат. aggrego присоединяю, связываю), состояния одного и того же в ва, переходы между к рыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и др. физ. св в. Все в ва (за нек рым исключением) могут… … Физическая энциклопедия

Де Фриз, Хуго — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Де Фриз (фамилия). Хуго Де Фриз нидерл. Hugo de Vries … Википедия

Источник

Полиморфизм кристаллов

Полиморфи́зм криста́ллов (от др.-греч. πολύμορφος «многообразный») — способность вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.)

Характерен для различных классов веществ. Полиморфизм для простых веществ называют аллотропией.

Частный случай полиморфизма, характерный для соединений со слоистой структурой — политипи́зм (политипи́я). Такие модификации, политипы, отличаются между собой лишь порядком чередования атомных слоёв.

Содержание

История открытия

Открыт в 1798 году М. Клапротом на примере карбоната кальция, для которого были обнаружены две модификации кальцит и арагонит.

Причины возникновения полиморфизма

Полиморфизм объясняется тем, что одни и те же атомы вещества могут образовывать различные устойчивые кристаллические решётки, соответствующие минимумам на поверхности энергии Гиббса. Стабильной модификации отвечает глобальный минимум, метастабильным — локальные минимумы. При повышении температуры более прочная кристаллическая решётка низкотемпературной модификации может характеризоваться меньшей энтропией за счёт того, что она менее восприимчива к возбуждению тепловых колебаний, поэтому другая модификация, характеризующаяся более крутой зависимостью энергии Гиббса от температуры, становится более выгодной.

Термодинамика и кинетика полиморфизма

При заданных условиях (температура, давление и др.) одна из модификаций является термодинамически стабильной, другие — метастабильными. При изменении условий может оказаться стабильной другая модификация. Условия, при которых стабильна каждая из модификаций, изображаются на фазовой диаграмме соответствующего вещества. Переход из метастабильной модификации в стабильную, выгодный термодинамически, не всегда можно наблюдать на практике, так как он зачастую связан с кинетическими затруднениями. Примером является алмаз, полиморфная модификация углерода, которая при нормальных условиях метастабильна, но существует неограниченно долго. Это объясняется тем, что для перестройки кристаллической решётки требуется преодолеть энергетический барьер. Во многих случаях удаётся закалить высокотемпературную модификацию до комнатной температуры. Не удаётся закалить высокотемпературную фазу в случае мартенситных превращений, характеризующихся бездиффузионным переходом.

Литература

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Полиморфизм кристаллов» в других словарях:

Полиморфизм — В Викисловаре есть статья «полиморфизм» Полиморфизм (от греч. πολὺ много, и … Википедия

ПОЛИМОРФИЗМ (в минералогии) — ПОЛИМОРФИЗМ (от поли. (см. ПОЛИ. (часть сложных слов)) и греч. morphe форма), свойство некоторых веществ существовать в нескольких кристаллических фазах, отличающихся по симметрии структуры и по свойствам. Каждая из этих фаз, стабильная в… … Энциклопедический словарь

ПОЛИМОРФИЗМ — (от греч. polymorphos многообразный), способность нек рых в в существовать в состояниях с разл. атомно крист. структурой (см. КРИСТАЛЛОХИМИЯ). Каждое из таких состояний (термодинамич. фаз), наз. п о л и м о р ф н о й м о д и ф и к а ц и е й,… … Физическая энциклопедия

ПОЛИМОРФИЗМ — ПОЛИМОРФИЗМ, в минералогии существование вещества в двух (диморфных) или нескольких формах КРИСТАЛЛОВ с разной структурой. Полиморфизм происходит из за разницы температуры или давления, или и того, и другого, при отложении тех или иных пород.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Полиморфизм (в физике) — Полиморфизм (от греч. polýmorphos ‒ многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз), называется … Большая советская энциклопедия

ПОЛИМОРФИЗМ — (от греч. polymorphos многообразный), способность твердых в в и жидких кристаллов существовать в двух или неск. формах с разл. кристаллич. структурой и св вами при одном и том же хим. составе. Такие формы наз. полиморфными модификациями. Взаимные … Химическая энциклопедия

Полиморфизм в минералогии* — В начале текущего столетия Гаю установил закон, который гласил, что каждому химическому соединению в твердом состоянии соответствует одна определенная внешняя форма. Почти одновременно с этим начали накопляться факты, постепенно видоизменившие… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Полиморфизм химический — В начале текущего столетия Гаю установил закон, который гласил, что каждому химическому соединению в твердом состоянии соответствует одна определенная внешняя форма. Почти одновременно с этим начали накопляться факты, постепенно видоизменившие… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Полиморфизм — I Полиморфизм (от греч. polýmorphos многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз),… … Большая советская энциклопедия

Генезис кристаллов — Кристаллы могут образоваться во всех тех случаях, когда частицы тела, способного кристаллизоваться, приведены в состояние удобоподвижности: когда это тело растворено, расплавлено или находится в парообразном состоянии. При испарении жидкости из… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Источник

Полиморфизм

Что такое полиморфизм в физике. Смотреть фото Что такое полиморфизм в физике. Смотреть картинку Что такое полиморфизм в физике. Картинка про Что такое полиморфизм в физике. Фото Что такое полиморфизм в физике

Полезное

Смотреть что такое «Полиморфизм» в других словарях:

полиморфизм — полиморфизм … Орфографический словарь-справочник

ПОЛИМОРФИЗМ — (букв. многообразность, многоформенность) 1) в химии свойство тел, одинаковых по химическому составу и построению, принимать различные кристаллические формы; 2) в естеств. ист. многообразн. особей одного и того же вида, происшедшая от разделения… … Словарь иностранных слов русского языка

ПОЛИМОРФИЗМ — (от греч. polymorphos многообразный), способность нек рых в в существовать в состояниях с разл. атомно крист. структурой (см. КРИСТАЛЛОХИМИЯ). Каждое из таких состояний (термодинамич. фаз), наз. п о л и м о р ф н о й м о д и ф и к а ц и е й,… … Физическая энциклопедия

ПОЛИМОРФИЗМ — (от поли. и morphe форма, вид) полифазия, явление прерывистого и одновременного морфологического различия между особями или группами особей в популяции какого либо вида без изолирующих репродуктивных механизмов. В разных группах растений и… … Экологический словарь

ПОЛИМОРФИЗМ — ПОЛИМОРФИЗМ, в минералогии существование вещества в двух (диморфных) или нескольких формах КРИСТАЛЛОВ с разной структурой. Полиморфизм происходит из за разницы температуры или давления, или и того, и другого, при отложении тех или иных пород.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Полиморфизм — (от греч. polymorphes многообразный * a. polymorphism; н. Polymorphismus; ф. polymorphisme; и. polimorfismo) способность нек рых хим. элементов и соединений существовать в разных кристаллич. структурных формах (фазах) c разл. симметрией.… … Геологическая энциклопедия

полиморфизм — а, м. polymorphisme m. 1. В химии свойство некоторых веществ кристиаллизоваться в различных формах. БАС 1. 2. В зоологии и ботанике наличие среди особей какого л. вида животных или растений форм, более или менее резко отличающихся друг от друга.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ПОЛИМОРФИЗМ — ПОЛИМОРФИЗМ, полиморфизма, мн. нет, муж. (от греч. poly много и morphe форма). 1. Существование особей одного и того же вида с различными по строению формами (зоол., бот.). Полиморфизм пчел и муравьев. 2. Свойство одного и того же вещества… … Толковый словарь Ушакова

Полиморфизм — в объектно ориентированном программировании способность объекта выбирать правильный метод в зависимости от типа данных, полученных в сообщении. По английски: Polymorphism См. также: Объектно ориентированное программирование Финансовый словарь… … Финансовый словарь

Полиморфизм — * полімарфізм * polymorphism 1. Cуществование двух и более генетически и морфологически различающихся групп в одной и той же популяции, в которой особи постоянно скрещиваются друг с другом (у человека, напр., peзус положительные и резус… … Генетика. Энциклопедический словарь

Источник

Механизм полиморфных превращений в металлах

В металловедении под полиморфизмом понимают любые изменения в кристаллографической форме решётки материала. Поэтому аллотропическое или полиморфное превращение играет важную роль в свойствах и использовании металлов, склонных к подобным изменениям.

Суть явления

Полиморфные превращения происходят в ответ на изменения внешних факторов – температуры, давления, либо того и другого вместе.

Свойства вещества определяются не только его химическим составом, но и геометрией составляющих атомов и ионов, а также природой связывающих их электрических сил.

Большинство минералов представляют собой соединения, состоящие из двух или более элементов; их формулы получены на основе количественного химического анализа и указывают относительные пропорции составляющих элементов. Поэтому наблюдаются значительные вариации в ионах, которые занимают определенные атомные позиции в их структуре. Например, содержание железа в родохрозите (MnCO3) может варьироваться в широких пределах, поскольку двухвалентное железо (Fe 2+ ) замещает катионы марганца (Mn 2+ ) в структуре родохрозита.

Поэтому формула данного минерала может быть дана в более общих терминах, а именно (Mn, Fe) CO3. Она показывает, что, хотя количество марганца и железа меняется, но отношение катиона к отрицательно заряженной анионной группе остается фиксированным: один атом Mn 2+ или Fe 2+ к одной группе CO3. Такое изменение является результатом замены одного иона или ионной группы другим в конкретной структуре. Это явление называется ионным замещением или твердым раствором. Возможны три типа твердого раствора:

Что такое полиморфизм в физике. Смотреть фото Что такое полиморфизм в физике. Смотреть картинку Что такое полиморфизм в физике. Картинка про Что такое полиморфизм в физике. Фото Что такое полиморфизм в физике

Замещающий твердый раствор является наиболее распространенной разновидностью: пример с родохрозитом это подтверждает. Однако на степень замещения могут влиять и другие факторы, наиболее важным из которых является размер иона. Ионы двух разных элементов могут свободно заменять друг друга, только если их ионные радиусы различаются примерно на 15 процентов или меньше.

На аллотропические превращения влияет также температура, соответствующая началу роста кристаллов. Чем выше температура, чем более обширен термический беспорядок в кристаллической структуре и тем менее требовательны требования к пространству. В результате ионное замещение, которое не могло произойти в кристаллах, выращенных при низких температурах, может присутствовать в кристаллах, выращенных при более высоких температурах. Так, высокотемпературная форма KAlSi3O8 (санидин) может содержать больше натрия вместо калия, чем низкотемпературные аналоги данного минерала.

Дополнительным фактором, влияющим на ионное замещение, является поддержание баланса между положительными и отрицательными зарядами в структуре. Замена одновалентного иона (например, Na + ) двухвалентным ионом (например, Ca 2+ ) требует дополнительных замен, чтобы структура оставалась электрически нейтральной.

Условия для полиморфного превращения

Стабильность химических связей атомов и ионов металлов определяют электрические силы. Физические и химические свойства минералов по большей части объясняются типами этих связывающих сил, среди которых:

Что такое полиморфизм в физике. Смотреть фото Что такое полиморфизм в физике. Смотреть картинку Что такое полиморфизм в физике. Картинка про Что такое полиморфизм в физике. Фото Что такое полиморфизм в физике

Твёрдость и температура плавления кристалла увеличиваются (а коэффициент теплового расширения уменьшается) пропорционально прочности такой связи. Чем сильнее электрические связи, тем большее количество тепла потребуется для их разделения.

Электрические силы, называемые химическими связями, можно разделить на пять типов:

Такая классификация в значительной степени обусловлена ​​целесообразностью, поскольку химические связи в данном металле могут фактически обладать характеристиками более чем одного типа связи.

Ионные связи проявляются в тенденции атомов металлов приобретать или терять электроны, пока их внешние орбитали не станут стабильными; Обычно это достигается за счет заполнения этих орбиталей максимально допустимым числом валентных электронов.

Кристаллы с ионной связью обычно обладают умеренной твёрдостью и удельным весом, довольно высокими температурами плавления и плохой теплопроводностью и электропроводностью.

Ковалентные связи образуются только между резко полярными веществами, которых среди металлов практически не встречается. В отличие от солей, металлы обладают высокой пластичностью, прочностью, пластичностью и проводимостью. Многие из них характеризуются более низкой твёрдостью и более высокими температурами плавления и кипения, чем, например, материалы с ковалентной связью. Все эти свойства являются результатом металлического механизма связи, который можно представить как набор положительно заряженных ионов, погруженных в облако валентных электронов. Притяжение между катионами и электронами удерживает кристалл вместе.

Электроны не связаны с каким-либо конкретным катионом и, таким образом, могут свободно перемещаться по структуре. У некоторых металлов (натрий, цезий, рубидий и калий) лучистая энергия света может вызвать полное удаление электронов с их поверхностей Этот результат известен как фотоэлектрический эффект. Подвижность электронов отвечает за способность металлов проводить тепло и электричество.

Что такое полиморфизм в физике. Смотреть фото Что такое полиморфизм в физике. Смотреть картинку Что такое полиморфизм в физике. Картинка про Что такое полиморфизм в физике. Фото Что такое полиморфизм в физике

Связи Ван-дер-Ваальса и водородные связи характерны для газов, органических жидкостей и некоторых твёрдых тел, поэтому здесь не рассматриваются.

Механизм превращения

Наибольшей интенсивностью полиморфных превращений обладают самородные металлы, которые объединяются в три группы:

Гораздо слабее полиморфизм выявляется у ртути, тантала, олова и цинка.

Золото, серебро и медь являются членами одной группы (столбца) периодической таблицы элементов и, следовательно, имеют схожие химические свойства. В некомбинированном состоянии их атомы соединены довольно слабой металлической связью. поэтому атомы расположены в простом кубическом расположении с плотной упаковкой. И золото, и серебро имеют атомный радиус 1,44 × 10 –7 мм, что позволяет твёрдому раствору полностью образовываться между ними. Радиус меди значительно меньше (1,28 Å), и поэтому медь только в ограниченной степени заменяет золото и серебро. Из-за схожей кристаллической структуры металлы группы золота обладают схожими физическими свойствами, поэтому хорошо кристаллизуются в изометрической системе и имеют высокую плотность упаковки.

Аналогичен механизм аллотропного превращения у металлов платиновой группы..

Металлы группы железа изометричны и имеют простую кубическую упакованную структуру, чем объясняется лёгкость происходящих полиморфных превращений.

Почему полиморфное превращение также называют перекристаллизацией?

Для всех металлов, испытывающих аллотропические превращения, кристаллические структуры подвижны и могут видоизменяться в нескольких разных пропорциях.

Некоторые полиморфные формы могут быть стабильными только в том случае, когда при кристаллизации присутствует небольшое количество растворителя.

Таким образом, перекристаллизация – процесс перестройки одной кристаллической решётки в другую – обязательно сопровождается и определёнными полиморфными превращениями.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *