同質多象
正文
化學組成相同的物質,在不同的物理化學條件下,能結晶成兩種或多種不同結構的晶體的現象。也稱多晶型或同質異象,舊稱多形性。同質多象只限於結晶物質的範疇,不包括非晶質和液體、氣體中的異構現象。同質多象變體 指化學成分相同而晶體結構不同的晶體。同種物質的每一種變體都是一個獨立的相,在礦物學中就是獨立的礦物種,可賦予不同的名稱,如Al2SiO5的3種變體分別稱為紅柱石、藍晶石和夕線石;也可在同一名稱或化學式的基礎上加希臘字母前綴或羅馬數字後綴來加以區別,如α -石英和β-石英,冰Ⅰ、冰Ⅱ……,α -ZnS和β-ZnS。一種物質的各個變體,按其數目的不同而可稱為同質二象、同質三象等,或一般地泛稱為同質多象。已知變體數目最多的物質是SiO2,達12種(見石英族礦物)。
同種物質的不同變體的化學組成雖然相同,但晶體結構不同,因而它們的晶形和物理性質,有時還有化學性質,也不相同。碳的兩種同質多象變體──金剛石和石墨的上述差異,是最明顯的一個實例。
同質多象轉變 指由於物理化學條件的改變,一種同質多象變體在固態條件下改變內部結構而成為另一種變體的過程。同質多象有不同的轉變方式和類型。①轉變方式,有些同質多象變體的形成和穩定的溫壓範圍都是互不重疊的,其間的關係可用相圖來表示。當環境的溫度、壓力超出某一變體的穩定範圍時,即可能發生相應變體間的同質多象轉變。例如,SiO2的4種變體間的轉變關係可示意表示為
如果同質多象轉變形成的變體,仍保持轉變前變體的晶形,這種現象稱為副象。它的存在是發生過同質多象轉變的重要證據。
研究意義 同質多象的形成與外界條件密切相關,因此同質多象的研究有助於確定晶體形成時的物理化學條件及所經歷的變化。如SiO2等物質的同質多象,被廣泛用作所謂的地質溫度計和地質壓力計。根據具β-方石英的立方體副象的 α-石英,可推知其形成時的溫度在1470℃以上;而斯石英在地表大陷坑中的出現,則可作為該地曾發生隕石超高壓衝擊隕落的有力證據。又如HgS的兩種變體辰砂和黑辰砂,分別形成於鹼性和酸性介質中,它們的存在可說明成礦介質的酸鹼性。在工業上,用石墨製備人造金剛石;運用淬火、退火等手段控制加工件的某些物性;通過先升溫至573℃以上,然後在嚴格控制的條件下降溫,藉以消除水晶中對工業利用有害的道芬雙晶等,都是利用了同質多象轉變的特性。
參考書目
羅谷風:《結晶學導論》,地質出版社,北京,1985。
A.R.Verma and P.Krishna,Polymorphism and Polytypism in Crystals, John Wiley & Sons,Inc.,NewYork,1966.