同質多象

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

另一些同質多象變體，對溫度、壓力條件不敏感，而對介質的酸鹼度、雜質等次要因素卻較為敏感，可在幾乎相同的溫度、壓力下形成不同的變體。但其中只有一種是穩定的變體，其他變體實際上都是不穩定的，只是在常溫常壓下它們間的轉變過程特別緩慢，以致不穩定變體實際上能以亞穩態長期存在;但當高於一定溫度時,其轉變迅速發生。如黃鐵礦和白鐵礦可在同樣的溫、壓條件下分別形成於鹼性和酸性的介質中，但白鐵礦是不穩定變體,當溫度高於350℃時便迅即轉變為黃鐵礦。因此，實際上存在著兩種不同的同質多象轉變方式：雙變性轉變,其轉變過程迅速而且是可逆的。如α-石英與β-石英間的轉變。單變性轉變，其轉變過程緩慢，而且只在升溫過程中發生；在降溫過程中並不發生相應的可逆轉變，較高溫下穩定的變體可在超出其穩定範圍的較低溫度下以亞穩態繼續存留。如β-石英與β2-鱗石英以及白鐵礦與黃鐵礦之間的轉變。②轉變類型按變體間的結構關係，同質多象轉變主要有以下3種。其一,移位型轉變，從一種變體轉變為另一變體時，僅是結構中質點的位置稍有移動，鍵角有所改變，相當於整個結構發生了一定的扭曲，但不涉及鍵的破裂和重建，因而也不改變配位的基本形式，只要很小的活化能便會迅速發生轉變，因而它們間的轉變都是雙變性的。其二，重建型轉變，轉變時結構內質點的位置有根本性的變動，需在原來的鍵破裂後再重建，只在相當高的活化能條件下，才能發生。其三，有序－無序轉變，這是同質多象轉變的一種特殊類型（見有序－無序）。
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.

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