(След слайд) Явление полиморфизма в минералах

Явление полиморфизма заключается в том, что соединение одного и того же хим состава может встречаться в природе в разных структурных модификациях (в разных структурных вариантах = сингониях).

Пример: алмаз и графит, формула С, но алмаз – кубическая сингония, а графит – гексагональная сингония. Так как у них структура разная, то значит это 2 разных минерала. Минералы одинакового хим состава, но разной структуры, называются полиморфными модификациями.

Явление – полиморфизм («многоформность»).

В чем отличия полиморфных модификаций? Чем будет отличаться вхождение хим элементов в разные крист решетки с образованием разных сингоний? Ответ: Полиморфные модификации различаются 1) характером хим связи. Пример: алмаз и графит; у алмаза ковалентная связь, у графита со слоистой структурой в пределах слоя 3 электрона образуют ковалентную, а четвертый – металлическую, а между слоями – ван-дер-ваальсовская связь. А из-за разных типов хим связи будет разная прочность крист решетки. Также атомы в крист решетке будут отличаться 2) КЧ катионов из-за разных крист структур. Могут отличаться 3) степенью упорядочения ионов и 4) энергией крист решетки.

Каждая полиморфная модификация возникает и существует в строго определенных условиях (Р-Т условия, термодинамические условия) – в определенном процессе. При одних температуре и давлении может возникать алмаз, а при других – графит, потому что при высоких давлении и температуре окружающая среда может «загонять» эти атомы в очень прочную структуру, ведь для этого нужно больше усилий, чтоб из этих атомов построить прочную структуру, а если температура и давление будут меньше, то меньше энергия окружающей среды => меньше усилия окружающей среды => возникает менее прочная структура. Вывод: полиморфные модификации одного и того же состава, но разной структуры, будут возникать в разных минералообразующих процессах при разных температуре и давлении.

Изменение температуры и давления может привести к переходу одной модификации в другую уже имеющую другую крист структуру и уже устойчивую в новых условиях. Как скоро это «превращение» может свершиться? Ответ: скорость полиморфного превращения зависит от прочности крист связи и сложности перестройки структуры. Если был минерал с очень прочной хим связью, изменились температура и давление => прочная связь должна разрушиться и замениться менее прочной. Если большая контрастность прочности хим связи, то в этом случае – в случае наличия в исходной модификации очень прочной хим связи - возникает трудность в ее разрушении и переходе в менее прочную => скорость полиморфного перехода будет зависеть от того, насколько тяжело разрушить предыдущую хим связь и создать новую. Пример: у алмаза очень прочная ковалентная связь, и чтобы алмаз перевести в графит требуется разорвать прочную ковалентную связь и создать металлическую, а структуру из равномерной в трехмерном пространстве (это структура алмаза) в слоистую структуру графита => в этом случае скорость полиморфного перехода будет очень мала. То есть алмаз будет переходить в графит очень долго. Это значит, что алмаз находится в метастабильном состоянии, то есть одна модификация с очень малой скоростью перехода в другую модификацию в несвойственных ей условиях становится метастабильной (= промежуточно стабильной).

То есть модификации с прочной хим связью в крист структуре, попав в область несвойственных им температур и давлений, способны сохраняться там достаточно долго – такое их состояние называется метастабильным. (СЛЕД СЛАЙД)

(СЛЕД СЛАЙД) У каждой полиморфной модификации существует некоторая область температур и давлений, когда эта модификация находится в стабильном состоянии.

Температура полиморфного перехода – это критическая температура, при которой происходит переход одной полиморфной модификации в другую уже устойчивую в условиях другой температуры и другого давления. Значение этой температуры будет зависеть от давления (пример с температурой кипения воды).