Изоморфизм. Три основных условия изоморфизма, его виды.

Изоморфизм – способность одних хим. элементов замещать друг друга без изменения кристаллической структуры. Изменение хим. состава без изменения физ. свойств

Возможность замещения одного элемента другим определяется близостью их хим. свойств:

• строением электронных оболочек атомов

• размерами ионных радиусов

• близкими или одинаковыми координационными числами, т.е. симметрия

• термодинамикой процессов минералообразования.

Типы: твердые растворы замещения. С падением температуры после кристаллизации минералов их изоморфная ёмкость в отношении компонента примеси резко падает и это приводит к тому, что однородная на момент образования система распадается на составляющие минеральные фазы, при этом одна фаза обогащена одним компонентом, а другая – другим.

• твёрдые растворы. В структуре твёрдые растворы вычитания возникают в том случае, если друг друга замещают разные по валентности ионы, т.е. осуществляется гетеровалентный изоморфизм, изовалентный изоморфизм – если валентность одинаковая.

• твёрдые растворы внедрения. Твёрдые растворы внедрения появляются в том случае, если в решётке в межузельном пространстве , появляются дополнительные ионы, не занимающие структурных узлов, а находящиеся в пустотах каркаса. Появляется там для сохранения электронейтральности решётки.

Условиями (необходимыми) проявления изоморфизма являются: необходимость сохранения электронейтральности решётки в процессе замещения, близость размеров ионных радиусов и свойств (радиусы не должны отличаться больше, чем на 15 % от меньшего из них)- Правило Грима-Гольшмидта.

По степени совершенства различают:

• неограниченный (совершенный) – замещение одних элементов в структуре другими возможно в любых пропорциях, при этом последовательно и закономерно меняется не только хим. состав, но и все физ. свойства изоморфных смесей (магнетит – сидерит, смесь альбита и анортита). Выделение конкретных минеральных видов становится проблематичным и они выделяются условно согласно принятым границам по преобладанию того или иного компонента.

• ограниченный (несовершенный).

• На полноту изоморфных замещений влияют: температура и давление. Повышение температуры и давления всегда расширяет границы изоморфного замещения. Зная зависимость полноты изоморфного замещения от температуры и давления, можно использовать природные изоморфные смеси в качестве природных индикаторов, температурных условий и давления процессов минералообразования, т.е. в качестве геотермометров и геобарометров. Очень часто оказывается, что с падением температуры после кристаллизации минералов их изоморфная ёмкость (кристаллическая структура)в отношении компонента примеси резко падает и это приводит к тому, что однородная (гомогенная) на момент образования система распадается на составляющие минеральные фазы, при этом одна фаза обогащена одним компонентом, а другая – другим. В этом случае говорят, что произошел распад природного твёрдого раствора. Такую природу имеют калиево-натриевые полевые шпаты. При остывании смесимость падает, фазы выделяются в виде самостоятельных минералов. Помимо твердых растворов замещения, выделяются ещё 2 типа твёрдых растворов: твёрдые растворы вычитания (дефектные), твёрдые растворы внедрения. Твёрдые растворы вычитания возникают в том случае, если друг друга замещают разные по валентности ионы, т.е. осуществляется гетеровалентный изоморфизм, изовалентный изоморфизм – если валентность одинаковая. В структуре возникают вакансии (дефекты, дырки), например у плагиоклазов. Твёрдые растворы внедрения появляются в том случае, если в решётке в межузельном пространстве, появляются дополнительные ионы, не занимающие структурных узлов, а находящиеся в пустотах каркаса. Появляется там для сохранения электронейтральности решётки. К растворам внедрения относятся газы, захваченные металлами (газы, находящиеся в межузельном пространстве). Гетеровалентный изоморфизм необязательно приводит к появлению твёрдых растворов внедрения или вычитания, т.к. в случае гетерогенного изоморфизма происходит парное замещение одних на другие. Существует третий тип изоморфизма (выделенный академиком Ферсманом) называющийся Полярный изоморфизм. Анализируя ПС Менделеева, Ферсман заметил, что в диагональных рядах ПС находятся элементы разной валентности, но близких ионных радиусов. Выяснилось, что в такой паре элементов, нижний элемент с большей валентностью всегда замещает верхний.