Изоморфизм — Этим именем обыкновенно обозначают способность двух или нескольких кристаллических тел аналогичного химического состава кристаллизоваться в одинаковых или подобных кристаллических формах и образовать в неопределенных (непостоянных) количествах смеси, не нарушая однородности кристаллов [1]. Сходство между изоморфными телами выражается не только в общем виде, не только в величине углов, но захватывает и внутреннее строение кристаллов, выражающееся в направлениях и характере спайности, в теплопроводности и расширении при нагревании, показателе преломления, положении плоскости осей и т. д. «А так как кристаллические формы подлежат точному измерению, то внешняя форма или отношение частиц, вызывающее их сложение в кристаллические формы, оказывается столь же пригодным для суждения о внутренних силах, действующих между атомами, как и сравнение реакций, плотностей пара и т. п. отношений» (Менделеев). В этом заключается громадное значение понятия об И. как для химии, так в особенности для минералогии. Случаи И. известны для кристаллов, принадлежащих всем кристаллическим системам: в правильной системе, напр., изоморфную группу образуют шпинели (шпинель, автомолит; магнетит, хромит), которые кристаллизуются главным образом в октаэдрах, образуют двойники по одному и тому же закону, составлены в химическом отношении аналогично, и образуют смеси. Типичным образцом изоморфных тел могут служить известковый шпат, доломит, магнезит, железный шпат, марганцовый шпат и цинковый шпат, представляющие углекислые соли Са, Mg, Mn, Fe и Zn. Все они кристаллизуются в ромбоэдрическом отделении гексагональной системы, у всех у них близкие углы ромбоэдра и близкое отношение осей.
| Угол ромбоэдра | Отношение осей | |
|---|---|---|
| Известковый шпат (СаСО3) | 74°55′ | 1:0,854 |
| Доломит (Ma, Ca) СО3 | 73°45′ | 1:0,832 |
| Магнезит (MgCO3) | 72°40′ | 1:0,809 |
| Цинковый шпат (ZnCO3) | 72°20′ | 1:0,806 |
| Железный шпат (FeCO3) | 73°0′ | 1:0,818 |
| Марганцовый шпат (MnCO3) | 73°9′ | 1:0,818 |
В то время, как с кристаллографической и физической стороны И. не вызывает никаких недоразумений и трудностей, химическая сторона этого явления в сущности до настоящего времени остается неясной. Первые наблюдавшиеся случаи действительно представляли большую аналогию в химическом составе. Но мало-помалу накоплялись и накопляются факты, показывающие, что наши представления об аналогии в составе должны быть значительно расширены и изменены. Доказано, что натровая селитра NaNO3 представляет полный изоморфизм с известковым шпатом, хотя здесь подобие в химическом составе уже меньшее, нежели, напр., между известковым шпатом и доломитом, магнезитом и др. Отсюда аналогию состава нужно расширить до одинакового числа атомов в частице. Но это представление не обнимает собою всех случаев изоморфизма. Напр., минералы анортит и альбит в физическом отношении являются настоящими изоморфами, а химический состав их далеко не аналогичен, — у первого CaAl2Si2О8, а у второго Na2Al2Si6O16. В этом случае допускают, что И. может проявиться и тогда, когда сходство между телами выражается в одинаковом числе атомностей (единиц сродства). Если, удвоив формулу анортита Са2(Al2)2Si4О16, написать ее таким образом — CaCaAl2Al2Si4О16 и сравнить с формулой альбита Na2Al2Si2Si4O16, то сходство обнаруживается допущением, что группа CaAl2 в анортите равнозначна Si2 в альбите, — в той и другой имеется восемь единиц сродства. Наконец, бывают случаи, когда сходство в составе обнаруживается только при допущении существования радикалов, которые действуют только своими свободными единицами сродства, таким образом, например соединение Al2SiO5 может быть изоморфно с MgSiO3, причем роль одноатомного (одноэквивалентного) элемента играет радикал 
Существуют еще более труднообъяснимые, с точки зрения аналогии в химическом составе, случаи изоморфизма, наблюдаемого у бромистого бария BaBr22Н2О и KClO4, KMnO4, CaSO4, ВаС2Н2О4, в которых подобие состава для нас совершенно скрыто. «Из этих примеров видно, что условия, определяющие данную форму, могут повторяться не только при изоморфной замене, т. е. при равном числе атомов в частице, но и при неодинаковом их количестве, когда есть особые, еще необобщенные отношения в составе» (Менделеев). Таким образом, очевидными признаками И. двух каких-либо тел служит подобие кристаллической формы в связи с внутренним строением и способность совместной кристаллизации в неопределенных количественных отношениях. Последнее свойство можно обнаружить, кристаллизуя смешанные растворы ихоморфных тел, напр., смесь в самых разнообразных пропорциях калиевых и аммиачных квасцов, цинкового и марганцевого купоросов и др. Оно наблюдается весма часто и в природе: доломит представляет подобные же отношения углекислой магнезии и извести; олигоклаз, лабрадор и др. состоят из смеси в переменных количествах альбита и анорита и пр. Нередко кристаллы какого-нибудь вещества, помещенные в растворе другого изоморфного с ними вещества, продолжают расти столь же правильно, как и в своем собственном. Таким образом возникают, так сказать, слоистые кристаллы, весьма часто наблюдаемые и среди минералов. Подобного рода явления можно видеть, напр., на различно окрашенных гранатах. Кристаллографические и физические свойства смешанных кристаллов являются промежуточными; напр., в изоморфном ряде полевых шпатов двугранный угол призм изменяется правильно в зависимости от преобладания той или другой составной части кристалла:
| у альбита он | 120°47′ |
| у анортита он | 120°30′ |
| у олигоклаза он | 120°42′ |
| у лабрадора он | 120°37′ |
Подобная же зависимость от количества участвующих в образовании смешанных кристаллов наблюдается в показателе преломления, положении плоскости оптических осей, удельном весе и пр. Если И. связан и диморфизмом (см. Полиморфизм), то такое явление называют изодиморфизмом; напр., окись сурьмы и мышьяка (Sb2O3 и As2O3) кристаллизуются в правильной и ромбической системах, при чем ромбич. сист. Sb2O3 (минерал валентинин) изоморфен с таковым же As2O3 (клаудетит); правильной — Sb2O3 (сенармонтит) изоморфен с As2O3 (арсенит).
Ср. Mitscherlich, «Abhandlungen d. Berliner Akad.» (Dec., 1819); G. Rose, «Zeitscrift d. deut. geolog. Geselsch.» (т. 16 и 20); «Berichte d. deut. chem. Ges.» (1871); Kopp, «Annalen d. Chem. u. Pharm.» (Bd. 36 и «Pogg. Ann.» Bd. 52); Tschermak, «Sitzber. d. Wiener Akad.» (Bd. 45 и 50); «Miner. petrogr. Mittheil.» (Bd. 4); Groth, «Pogg. Ann.» (Bd. 141); Brezina, «Miner. petrogr. Mith.» (1875). Общие положения об И. можно найти: во многих руководствах по химии и минералогии: «Основы химии», Менделеева (1889); «Lehrbuch d. Mineralogie», Tscherman; «Allgemeine chemiche Mineralogie», Doelter 91890); «Einleitung in die Chemiche Krystallographie», Fock (1888); Grot, «Physikal. Krystallographie».
Примечания
править- ↑ Первым, выразившим определенно понятие об И., был Митчерлих (1819), который это явление наблюдал и подробно изучил на искусственных продуктах — солях ортофосфорной кислоты. В области минералогии на И. обратил внимание Г. Розе.