W chemii i mineralogii , polimorfizm jest zdolność substancji chemicznych do krystalizacji w różnych konstrukcjach , zależnie od temperatury i warunków ciśnieniowych . Gdy substancja jest pojedynczym ciałem , preferowane jest użycie terminu alotropia .
Kiedy substancja może istnieć w kilku formach amorficznych z przejściami fazowymi pierwszego rzędu między nimi , nazywa się to poliamorfizmem .
Ogólnie rzecz biorąc, każda konstrukcja istnieje w określonym obszarze temperatury i ciśnienia : w swoim „polu stabilności”. Jeśli parametry ewoluują poza tym obszarem, jest on przekształcany w inną strukturę przez przemianę fazową , albo przez zerwanie i tworzenie wiązań chemicznych („przejście rekonstrukcyjne”), albo przez prostą deformację („przejście przemieszczające”).
Przykład: CaCO 3 to wzór cząsteczkowy trzech polimorfów węglanu wapnia:
Przejścia rekonstrukcyjne wymagają energii: są to przejścia fazowe pierwszego rzędu. Jeśli zmiana warunków fizycznych (temperatura, ciśnienie) jest gwałtowna, faza początkowa może utrzymać swoją strukturę poza polem stabilności: mówimy o „obszarze metastabilnym”. Następnie struktura ma tendencję do przekształcania się w taką, która odpowiada warunkom fizycznym, ale czas transformacji może być ważny, być może nieskończony.
Przykład: przemiana diamentu w grafit .
Czasami konstrukcja nie ma pola stabilności: nazywa się to „fazą metastabilną”; występuje tylko jako faza pośrednia między dwoma innymi fazami, często jedną metastabilną, a drugą stabilną.
Przejścia przemieszczające to przejścia fazowe drugiego rzędu. Ponieważ występują one po prostym odkształceniu konstrukcji, nie jest możliwe zamrożenie początkowej konstrukcji poza jej polem stateczności.
Przykład: przemiana kwarcu β w kwarc α zachodzi w wyniku prostego obrotu czworościanów [SiO 4 ] 4, dzielących ich wierzchołki, bez zerwania wiązania chemicznego. Dlatego nie ma obszaru metastabilnego dla kwarcu β, który nie występuje w warunkach otoczenia.
Szczególnym przypadkiem polimorfizmu jest poltypizm, w którym różne struktury są tworzone przez układanie w stos modułu (w większości przypadków warstwy lub arkusza) o (prawie) identycznej strukturze i składzie. Polytypes różnią się trybem układania w stos (translacją i / lub obrotem) modułu wzdłuż kierunku: dwa parametry siatki w płaszczyźnie modułu są wspólne dla wszystkich politypów, podczas gdy trzeci jest inny.
Polytypes wyróżniają się określonymi symbolami. Najczęściej używanymi symbolami są Ramsdell, który wiąże liczbę warstw w okresie poltypu z symbolem odpowiadającym układowi krystalicznemu lub siatkowemu :
Przykłady: