Полиморфы

ЭкоЦентр "Экосистема" разработал более 140 методических материалов по изучению природы:


Полевые определители для смартфонов и планшетов в магазинах RuStore, RuMarket, Google Play и App Store

Определители растений и животных для PC Windows

Определители
для PC

Сборники MP3 записей голосов птиц в природе

Голоса
птиц

Методики полевых экологических исследований

Методики
исследований

Учебные
видеофильмы

Определительные
таблицы

Карманные
определители

Всё это можно приобрести в нашем некоммерческом Интернет-магазине

ГЛАВНАЯ >>> ПРИРОДА РОССИИ и СССР >>> МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Главная
English
Биологический кружок ВООП
Гостю кружка
Планы кружка
Экспедиции и выезды
Исследовательская работа
Программа "Parus"
История кружка
Контакты кружка
Полевой центр
Фотогалерея
Летопись биостанции
Статьи о биостанции
Исследовательские работы
Учебные программы
Полевые практикумы
Методические семинары
Вебинары
Исследовательская работа
Проектная деятельность
Экспедиции и лагеря
Экологические тропы
Экологические игры
Публикации (статьи)
Методические материалы
Наглядные определители
Карманные определители
Определительные таблицы
Энциклопедии природы России
Компьютерные определители
Мобильные определители
Учебные фильмы
Методические пособия
Полевой практикум
Природа России
Минералы и горные породы
Почвы
Грибы
Лишайники
Водоросли
Мохообразные
Травянистые растения
Деревья и кустарники
Ягоды и сочные плоды
Насекомые-вредители
Водные беспозвоночные
Дневные бабочки
Рыбы
Амфибии
Рептилии
Птицы, гнезда и голоса
Млекопитающие и следы
Фото растений и животных
Систематический каталог
Алфавитный каталог
Географический каталог
Поиск по названию
Галерея
Природные ландшафты мира
Физическая география России
Физическая география мира
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Новая Зеландия
Антарктика
Рефераты о природе
География
Геология и почвоведение
Микология
Ботаника
Культурные растения
Зоология беспозвоночных
Зоология позвоночных
Водная экология
Цитология, анатомия, медицина
Общая экология
Охрана природы
Заповедники России
Экологическое образование
Экологический словарь
Географический словарь
Художественная литература
Международные программы
Общая информация
Полевые центры (Великобритания)
Международные экспедиции (США)
Курс полевого образования (США)
Международные контакты
Интернет-магазин
Карманные определители
Цветные таблицы
Компьютерные определители
Энциклопедии природы
Методические пособия
Учебные фильмы
Комплекты материалов
Контакты
Гостевая книга
Ссылки
Партнеры
Наши баннеры
Карта сайта

Видео-360 по экологии на нашем Youtube канале

Если Вам понравился и пригодился наш сайт - кликните по иконке "своей" социальной сети:

Объявления:

Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>

Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

[ sp ] : ml об : { lf }

Пожалуйста, ставьте гиперссылку на сайт www.ecosystema.ru если Вы копируете материалы с этой страницы! Во избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами использования и копирования материалов с сайта www.есоsystеmа.ru
Пригодилась эта страница? Поделитесь ею в своих социальных сетях:

Минералы и горные породы России и СССР

<<< Минералоиды | Содержание | Политипия >>>

Часть 1. Минералы. Что такое минералы

Полиморфы

Самостоятельными минеральными видами издавна считаются так называемые полиморфные модификации (полиморфы) природных кристаллических веществ. Здесь нам придется сказать несколько слов о том, что такое полиморфизм (от греческого "полиморфос" — многообразный).

Явление полиморфизма заключается в способности некоторых кристаллических веществ, в том числе и минералов, сохраняя постоянный состав, изменять под влиянием внешних факторов — прежде всего температуры, а также давления и отчасти состава кристаллообразующей среды — свою кристаллическую структуру, а тем самым — и симметрию, и зачастую внешнюю форму выделений (последнее происходит не всегда, так как вещество с изменившейся структурой может и сохранить прежнюю внешнюю форму кристалла). Особенно важную роль в полиморфизме играет температура, повышение или понижение которой приводит к перестройке кристаллической структуры, стремящейся приспособиться к изменившимся внешним условиям.

Для очень многих веществ, в том числе и минералов, известно от двух до нескольких полиморфов, устойчивых выше или ниже определенных температурных границ.

Если имеются только две модификации — говорят о диморфизме, при трех модификациях — о триморфизме. Обозначаются полиморфы буквами греческого алфавита: а (альфа), б (бета), у (гамма) и т.д. (в сторону повышения температуры превращения). Например, низкотемпературный альфа-кварц SiO₂ при 573°С переходит в высокотемпературный бета-кварц, тот при 870°С — в тридимит, который при 1070° С превращается в кристобалит; в свою очередь, тридимит и кристобалит имеют по 2-3 полиморфа. Увеличение давления несколько повышает температуру «альфа-бета» перехода кварца. Высокотемпературные полиморфные модификации обычно имеют более "рыхлую" структуру, более высокую симметрию и пониженную плотность.

Давление, изменяющееся в широком диапазоне, тоже вызывает полиморфные превращения, направленные в целом в обратную сторону, т.е. увеличение давления придает кристаллическим структурам большую компактность, что сопровождается повышением плотности минералов. Это в частности относится к высокобарическим полиморфам кремнезема — коэситу и стишовиту, образующимся при очень больших давлениях. Любопытно, что вначале оба они были получены искусственно, в лабораторных условиях, и минералами не считались, пока не были обнаружены в природной обстановке — в метеоритных кратерах (астроблемах), возникших при падении крупных метеоритов на поверхность Земли.

Метеоритные удары вызывают кратковременное, но очень резкое повышение давления и температуры, обусловливающее ударный, или импактный метаморфизм горных пород, локализованный в пределах кратера (где, однако, дело порой доходит до расплавления и остеклования пород). В результате ударного сжатия происходят также полиморфные превращения типа графит-алмаз (полиморфы углерода), марказит-пирит (полиморфы дисульфида железа FeS₂), кальцит-арагонит (полиморфы карбоната кальция СаСO₃). Помимо импактных алмазов (обычно очень мелких) в метеоритных кратерах установлены и другие минералы — высокобарические полиморфы углерода: чаоит и лонсдэлеит.

Полиморфные преобразования бывают обратимыми (энантиотропными) и необратимыми (монотропными); последние легко идут только в одном направлении — в сторону образования более устойчивой модификации.

Пример энантиотропного полиморфизма — переход а-кварца в б-кварц выше 573°С и обратный переход б-кварца в а-кварц при охлаждении до температуры ниже 573°С. Энантиотропен и диморфизм ZnS (сфалерит => вюртцит) или Ag₂S (аргентит => акантит: аргентит устойчив только выше 177°С, а ниже этой температуры переходит в акантит, стабильный при нормальных условиях, но при нагревании до 177°С вновь превращающийся в аргентит).

В свою очередь, диморфизм FeS₂ монотропен: из двух его модификаций — пирит и марказит — более устойчив пирит, и потому в твердом состоянии может реализоваться только переход марказит => пирит. Другой пример — триморфизм СаСO₃: в нормальных условиях переход фатерит => арагонит => кальцит (в морских бассейнах) или фатерит => кальцит (на воздухе) монотропен. Необратим также переход фатерит => кальцит при нагревании до 440°С.

В одних случаях полиморфные превращения проявляются в резкой перестройке кристаллической структуры, в других — общий характер структуры сохраняется, происходит лишь ее постепенное упорядочение, т.е. катионы, первоначально (при высоких температурах) распределенные в структуре беспорядочно, статистически, стремятся сосредоточиться в каких-то строго определенных позициях (отвечающих минимуму потенциальной энергии, т.е. энергетически наиболее выгодных).

В первом случае мы имеем дело с так называемыми фазовыми переходами I рода, когда при некоторой температуре и/или давлении происходит скачкообразное изменение внутренней энергии вещества и его физических свойств, сопровождающееся выделением или поглощением тепла. Все перечисленные выше примеры полиморфных превращений относятся именно к этому типу; к ним можно добавить еще такие распространенные случаи, как полиморфизм ТiO₂ (рутил => анатаз => брукит), Al₂SiO5 (андалузит => кианит => силлиманит), Fe₂O₃ • H₂O (гётит => лепидокрокит и другие полиморфы, более редкие) или Al₂O₃ • H₂О (гиббсит => диаспор => бёмит).

Ко второму типу — фазовым переходам II рода — относится полиморфизм (упорядочение) щелочных (K-Na-) полевых шпатов (санидин-ортоклаз-микроклин); в этом случае скачкообразно меняется только удельная теплоемкость минералов, в остальном же переход совершается медленно и постепенно, в течение длительного времени, в широком интервале понижающихся температур, без резкого изменения большинства физических свойств.

Необходимо подчеркнуть, что очень часто полиморфные превращения, в том числе даже некоторые энантиотропные фазовые переходы I рода, характеризуются весьма низким энергетическим эффектом, а потому протекают очень вяло, с настолько малой скоростью, что, скажем, высокотемпературные и высокобарические полиморфы, которые теоретически должны были бы при понижении температуры и/или давления перейти в более устойчивые при изменившихся условиях модификации, в действительности продолжают — в силу вышеотмеченных чисто кинетических факторов — вполне комфортно себя чувствовать в поле устойчивости соответствующих низкотемпературных и низкобарических полиморфов и могут существовать так весьма длительное, практически почти неограниченное время, не обнаруживая никаких видимых проявлений метастабильности, т.е. никакой тенденции к превращению в устойчивые полиморфы.

Характерный пример — взаимоотношения полиморфных модификаций Al₂SiO5. А вот к а-б-переходу кварца, равно как и к преобразованию аргентита в акантит, сказанное ни в коей мере не относится (кстати, переход а-кварца в б-кварц может быть вызван не только нагреванием, но и радиоактивным облучением).

Полиморфизм химических элементов, например, минералов углерода, самородной серы или самородных металлов, носит название аллотропии. Наоборот, морфотропное повышение симметрии структуры имеет место в титанатах Са и Sr, т.е. при переходе от перовскита СаТiO₃ к таусониту SrTiO₃.

В отличие от полиморфизма, при котором химический состав минералов не меняется, изменение их кристаллической структуры, а соответственно симметрии и свойств, сопряженное с изменением химического состава, получило название морфотропии.

Классический пример морфотропии — изменение типа структуры, сопровождающееся понижением симметрии, в ряду карбонатов щелочноземельных металлов при замене более мелкого катиона Mg²⁺ на все более крупные; в ряду магнезит MgCO₃ — арагонит и кальцит СаСO₃ — стронцианит SrCO₃ — витерит ВаСO₃, магнезит имеет структуру типа арагонита, а карбонат кальция триморфен.

Третья, неустойчивая модификация СаСO₃ — фатерит — имеет преимущественно биогенное происхождение; постепенно переходит в арагонит и кальцит.

<<< Минералоиды | Содержание | Политипия >>>

Познакомиться с изображениями и описаниями других объектов природы России и сопредельных стран - минералов и горных пород, почв, грибов, водорослей, лишайников, листостебельных мхов, деревьев, кустарников, кустарничков и лиан, травянистых растений (цветов), ягод и других дикорастущих сочных плодов, водных беспозвоночных животных, насекомых-вредителей леса, дневных бабочек, пресноводных и проходных рыб, земноводных (амфибий), пресмыкающихся (рептилий), птиц, птичьих гнезд, их яиц и голосов, а также млекопитающих (зверей), - можно в разделе Природа России нашего сайта.

В разделе Природа в фотографиях размещены также тысячи научных фотографий грибов, лишайников, растений и животных России и стран бывшего СССР, а в разделе Природные ландшафты мира - фотографии природы Европы, Азии, Северной и Южной Америки, Африки, Австралии и Новой Зеландии и Антарктики.

В разделе Методические материалы Вы также можете познакомиться с описаниями разработанных экологическим центром "Экосистема" печатных определителей растений средней полосы, карманных определителей объектов природы средней полосы, определительных таблиц "Грибы, растения и животные России", компьютерных (электронных) определителей природных объектов, полевых определителей для смартфонов и планшетов, методических пособий по организации проектной деятельности школьников и полевых экологических исследований (включая книгу для педагогов "Как организовать полевой экологический практикум"), а также учебно-методических фильмов по организации проектной исследовательской деятельности школьников в природе. Приобрести все эти материалы можно в нашем некоммерческом Интернет-магазине. Там же можно приобрести mp3-диски Голоса птиц средней полосы России и Голоса птиц России, ч.1: Европейская часть, Урал, Сибирь.

Панорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале

Поделиться/Share:

: ml :

Порекомендуйте нас в "своих" социальных сетях:

- share this page with your friends!

Панорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале