ИЗОМОРФИЗМ. ПОЛИМОРФИЗМ И АЛЛОТРОПИЯ

Вещества общей химической формулы, имеющие кристаллическую решетку одного типа, называются изоморфными. Изоморфизм обнаруживается, например, у нитрата натрия и карбоната кальция , находящегося в форме минерала кальцита. Оба этих вещества имеют ромбоэдрическую кристаллическую структуру.

Способность какого-либо соединения существовать в двух или нескольких кристаллических формах называется полиморфизмом. Примером полиморфного соединения является кремнезем-оксид кремния . Он имеет каркасную ковалентную структуру, в которой атомы кремния связаны с четырьмя атомами кислорода в тетраэдрическую упаковку (рис. 3.33). Кварц представляет собой кристаллическую форму кремнезема, в которой он существует при обычных температурах. Он имеет гексагональную структуру. При высоких температурах кристаллическая структура кремнезема переходит в ромбическую, а затем в кубическую формы:

Рис. 3.33. Кристаллическая структура кварца (оксида кремния (IV)).

Рис. 3.34. Кристаллическая и молекулярная структура серы.

Рис. 3.35. Строение молекулы белого фосфора.

Температура, при которой одна форма вещества превращается в другую, называется температурой перехода.

Если какой-либо элемент может существовать в двух или нескольких твердых формах (кристаллических либо аморфных), то считается, что он проявляет аллотропию. Различные формы одного элемента называются аллотропами. Аллотропы существуют приблизительно у половины всех элементов.

Например, углерод существует в виде алмаза либо графита. Сера существует в двух кристаллических формах - ромбической и моноклинной в зависимости от температуры (см. также гл. 6). Обе ее кристаллические формы являются примерами молекулярных кристаллов. Молекулы в них представляют собой гофрированные циклы, в каждом из которых содержится по восемь ковалентно связанных атомов серы (рис. 3.34). Твердая сера может существовать еще в третьей аллотропной форме - как пластическая сера. Эта форма серы неустойчива. Она состоит из длинных цепочек атомов серы, которые при комнатной температуре разрушаются и снова образуют молекулы , кристаллизующиеся в ромбическую решетку.

Фосфор может существовать в трех аллотропных формах. Наиболее устойчивая из них - красный фосфор (см. также гл. 6). Красный фосфор имеет каркасную кристаллическую структуру, в которой каждый атом ковалентно связан с тремя другими атомами фосфора. Белый фосфор представляет собой молекулярный кристалл. Каждая его молекула содержит четыре атома фосфора, ковалентно связанных в тетраэдрическую структуру (рис. 3.35). Третий аллотроп - черный фосфор - образуется только при высоких давлениях. Он существует в виде макромолекулярной слоистой структуры.