Типы изоморфизма

Типы изоморфизма различаются между собой по характеру сохранения электронейтральности кристаллической решетки (по типу компенсации валентностей), по числу атомов, участвующих в изоморфном обмене, по структурному положению изоморфных примесей, по степени совершенства.

По характеру компенсации валентности различают изовалентный и гетеровалентный изоморфизм.

1) При изовалентном (например, магнезит MgCO₃ – сидерит FeCO₃) происходит замена одного элемента другим элементом такой же валентности, например, Mg²⁺ → Fe²⁺.

2) В гетеровалентном изоморфизме участвуют ионы разной валентности. Существует три разновидности гетеровалентного изоморфизма:

а) Появление дырочных вакансий. Например, витилиго ZnS с примесью индия (In³⁺). Места Zn2+ в трех узлах кристаллической решетки уступают место двум ионам индия и одной вакансии по схеме 3Zn²⁺← 2In³⁺ٱ. Структура минерала становится дефектной. Появляется дырочная вакансия. В физической химиивещества с такими изоморфными примесями называются твердыми растворами вычитания.

б) Гетеровалентный изоморфизм с внедрением дополнительного атома в межузельное пространство. Примером может служить кварц. Например, в аметисте присутствует ничтожная примесь (0,01 %) железа и щелочей. Считается, что железо в кристаллической решетке кварца занимает позиции кремния, заменяя его по схеме Si⁴⁺← Fe³⁺. Для компенсации валентности в межузельное пространство кристаллической решетки кварца внедряются катионы щелочных металлов R⁺. Общая схема изоморфизма такова Si⁴⁺← Fe³⁺R⁺.

в) гетеровалентный изоморфизм замещения. Например, плагиоклазы. Плагиоклазы – это кальциево-натриевые полевые шпаты переменного состава. Установлены все промежуточные разновидности между минералами состава Na(AlSi₃O₈) и Ca(Al₂Si₂O₈). Изоморфизм происходит по схеме Na⁺Si⁴⁺ ← Ca²⁺Al³⁺, при этом количество атомов остается неизменным и электронейтральность кристаллической решетки сохраняется. Атомы натрия и кальция располагаются в одних и тех же узлах решетки, заменяя друг друга, то же относится к кремнию и алюминию. Этот тип среди гетеровалентного изоморфизма считается основным.

Изоморфизм может классифицироваться по степени совершенства как совершенный (неограниченный) и несовершенный (ограниченный).

1) Неограниченный изоморфизм – когда возможна полная замена одних атомов другими, т. е. могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы, как в ряду магнезит – сидерит.

2) Ограниченный изоморфизм, когда количество изоморфной примеси не может превышать какого-то предела. Например, корунд и рубин, в котором количество хрома не может превышать 1,5 – 2 % Cr₂O₃.