Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ІЗОМОРФІЗМ

Деякі речовини, різні за складом, але близькі за своєю хімічною природою, утворюють кристали абсолютно однакової форми і з майже однаковими параметрами їх просторових решіток. Такі речовини називають ізоморфними , тобто мають однакову форму, а саме явище освіти однакових кристалів різними за складом речовинами - изоморфизмом.

Характерною особливістю ізоморфних речовин є їх здатність спільно викристалізовуватися з розчину, в якому вони знаходяться, з утворенням змішаних кристалів. Останні містять змінні кількості взятих речовин, що залежать від їх змісту в вихідному розчині. Звичайно, і інші речовини абсолютно різної хімічної природи можуть одночасно кристалізуватися з розчину, але тоді виходять не змішані кристали, а механічна суміш кристалів кожного з пасажирів розчині речовин.

Типовим прикладом ізоморфних речовин може служити сімейство солей, званих квасцами. Це подвійні солі сірчаної кислоти, що містять однозарядний і трехзарядний катіони - Me 1+ Me 3+ (S0 4 ) 2 * 12Н 2 0. Усі галун кристалізуються з водних розчинів у вигляді октаедричних кристалів з однаковим змістом кристалізаційної води.

Якщо приготувати розчин, що містить одночасно безбарвні алюмінієві галун KAl (SO / 1 ) 2 * 12Н 2 0 і інтенсивно-фіолетові хромовий галун KCr (S0 4 ) 2 - 12Н 2 0 (рис. 8.11), то при поступовому випаровуванні води починають виділятися змішані кристали, що містять одночасно іони алюмінію і хрому і мають пурпурну забарвлення, інтенсивність якої залежить від відносного вмісту А1 3+ і Сг 3+ в розчині. Так як змішані кристали цілком однорідні, хоча і мають змінний склад, вони представляють собою твердий розчин.

Ізоморфні кристали алюмінієвих і хромових квасцов

Мал. 8.11. Ізоморфні кристали алюмінієвих і хромових квасцов

Іншим прикладом ізоморфних речовин можуть служити солі КСЮ 4 і КМп0 4 , що утворюють кристали ромбічної системи з майже однаковими відповідними кутами між гранями. Ізоморфні і сульфати деяких двовалентних металів: MgS0 4 -7H 2 0, ZnS0 4 * 7H 2 0, NiS0 4 -7H 2 0. Якщо підвісити на нитці зелений кристал сульфату нікелю в насиченому розчині сульфату магнію, то кристал в такому розчині продовжує рости, покриваючись шаром безбарвного MgS0 4 -7H 2 0. Це явище характерне для ізоморфних речовин.

Явище ізоморфізму поширене серед мінералів. Наприклад, в гідроксиапатит Са 5 (Р0 4 ) 3 ОН можливо изоморфное заміщення іонів ОН - на F - . Тому формулу апатиту часто записують наступним чином: Ca 5 (P0 4 ) 3 (F, ОН).

Явище ізоморфізму було відкрито в 1819 році німецьким хіміком Е. Мітчерліха, який звернув увагу на майже тотожну форму кристалів Na 2 IIP0 4 -1211 2 0 і Na 2 IIAs0 4 - 12Н 2 0. На прикладі цієї пари солей і деяких інших Мітчерліх прийшов до висновку, що речовини, що містять однакове число атомів і подібні в хімічному відношенні, утворюють і однакові кристали.

Явище ізоморфізму виявилося свого часу корисним для визначення атомних мас деяких елементів. Маючи пару ізоморфних речовин і знаючи формулу одного з них, можна визначити по ній формулу другого речовини. З того факту, що сульфат калію ізоморфний з селенатом калію (за сучасною номенклатурою), Мітчерліх зробив висновок, що останній має формулу K 2 Se0 4 . Знаючи масовий склад речовини, Мітчерліх обчислив атомну масу селену.

Сутність ізоморфізму і утворення змішаних кристалів полягає в тому, що атоми і іони, що мають приблизно однакові розміри і заряди, можуть заміщати один одного в кристалічній структурі, не порушуючи її стійкості. Характер решітки відповідає розмірам іонів речовини. Тому, наприклад, хлорид калію і бромід калію мають майже тотожні решітки, оскільки радіуси іонів хлору (181 їм) і брому (196 їм) близькі один до одного. При спільному розчиненні цих солей кристали їх розпадаються на окремі іони. Розчин містить, отже, набір іонів К + , С1 ~ і ВГ. При випаровуванні води розчин стає насиченим, і з нього починається кристалізація солі, причому обидва негативних іона одночасно беруть участь в побудові кристала. В результаті виходять змішані кристали, що містять С1 ~ і ВГ ~ в кількостях, що залежать від їх відносного змісту в розчині.

 
<<   ЗМІСТ   >>