同质异形体(polymorph),又称同质异晶物,是指由化学组成相同的物质,在不同的物理化学条件下形成的不同结构的晶体。相应地,称这种物质具有同质异晶现象(polymorphism)。同质异形体由于结构不同会表现出不同的物理化学性质。例如,氮化硼有六方氮化硼、立方氮化硼等同质异形体。
详细描述
相同的化学组成,在不同的热力学条件下却能形成不同的晶体结构,表现出不同的物理、化学性质。我们把同一种化学组成在不同的热力学条件下(温度、压力、pH等),可以结晶成为两种以上不同结构的晶体的现象称为同质异形(同质多晶)。由此而产生的化学组成相同、结构不同的晶体称为变体。如纯炭物质中的钻石和石墨,炭酸氢钙中的石粉和牦蛎粉,碱式氯化铜中的阿尔法晶体和贝塔晶体等。
多晶转变
当外界条件改变到一定程度时,晶体会从一种变体变成另一种变体,这种现象称为多晶转变。
根据多晶转变前后晶体结构的变化程度和转变速度,多晶转变可分为位移性转变和重建性转变。
位移性转变,又称高低温转变,这种转变不打开 任何键,也不改变原子最邻近的配位数,仅仅使结构发生畸变,原子从原来位置发生少许位移,使次级配位数有所改变。这类转变所需的能量较低、转变速度较快,并且在一个确定的温度下完成。如α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英之间的转变。在具有位移性转变的硅酸盐中,高温型变体常常具有较高的对称性、较松散的结构,表现出较大的比容、热容和较高的熵。
重建性转变这种转变破坏原有的原子间的化学键,改变原子最邻近配位数,使晶体结构完全改变原样。这种转变需要首先破坏原来的化学键,因而所需的能量较高、转变速度较慢。如α-石英、α-鳞石英、α-方石英之间的转变。如果冷却速度过快的话,高温型变体经常以介稳态保留到低温而不把发生这种转变。如α-鳞石英在温度升高到1470℃转变为α-方石英,而若冷却速度过快(过冷),α-方石英在1470℃不会转变为α-鳞石英,而是过冷到230℃转变为β-方石英。