Явление изоморфизма

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество примесей незначительно – это минералы постоянного состава, например, кварц, галит, в них количество примесей не превышает 0,01 %.

Другие минералы содержат разные (от незначительных до больших) количества химических примесей. Так, в разных образцах сфалерита (ZnS) количество железа колеблется от 0 до 20 ат. % от суммы Zn и Fe. Такие минералы называются минералами переменного состава. Главная причина этого – явление изоморфизма.

Изоморфизмом называется явление замены в кристаллической решетке минерала одних химических элементов другими. Примером изоморфизма может служить случай изоморфизма магнезита MgCO₃ и сидерита FeCO₃. Эти минералы имеют кристаллы одинаковой формы. Между веществами MgCO₃ и сидерита FeCO₃ имеются все промежуточные по составу разновидности. Как говорят, они образуют между собой непрерывный ряд твердых (кристаллических) растворов. Записывают формулы таких минералов, объединяя элементы, изоморфно замещающие друг друга, скобками, между элементами ставится запятая: (Fe,Mg)CO₃. Если известны точные количественные соотношения этих элементов, то в формуле пишутся коэффициенты: (Mg_0,8Fe_0,2)_1,0CO₃ и т. д. Здесь сумма коэффициентов за скобками равна сумме коэффициентов внутри скобки: 0,8+0,2 = 1,0.

При изоморфной замене одного атома другим существенного изменения кристаллической решетки не происходит. Поэтому для явления изоморфизма необходимы следующие условия:

1. Ионные радиусы изоморфно замещающихся элементов должны быть близки.

2. Близость химических свойств элементов, замещающих друг друга.

3. Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

В паре магнезит – сидерит радиусы Mg²⁺(0,078 нм) и Fe²⁺(0,082), близки, химические свойства также сходны, оба двухвалентны, т.е. нейтральность кристаллической решетки сохраняется.