Изоморфизм в кристаллохимии определяется как явление, при котором различные химические вещества образуют кристаллы одинаковой или близкой кристаллической структуры. Термин «изоморфизм» происходит от греческих слов isos — равный и morphe — форма, что отражает основное свойство: сходство кристаллической решётки у разных соединений.
Полный (идеальный) изоморфизм Возникает тогда, когда два или более соединения способны полностью замещать друг друга в кристаллической решётке без изменения её геометрии. Примером служат соединения типа NaCl и KCl, которые образуют одинаковую кубическую решётку. Для полного изоморфизма характерны:
Частичный изоморфизм Проявляется, когда полное взаимозамещение невозможно, и замещение одного иона другим ограничено определённой концентрацией. В таких случаях образуются твердые растворы. Например, частичная замена Mg²⁺ и Fe²⁺ в минералах оливина.
Изоморфизм по изоморфным рядам Представляет собой последовательность соединений, где замещение атомов происходит в пределах определённой группы элементов. Классическим примером является изоморфизм между минералами группы сфалерита (ZnS, CdS, HgS).
Ключевыми факторами, определяющими возможность изоморфизма, являются:
Катионный изоморфизм Замещение происходит между катионами при неизменной анионной подрешётке. Пример: Na⁺ ↔︎ K⁺ в кристаллах алунита.
Анионный изоморфизм Замещение одного аниона другим при сохранении катионной структуры. Пример: Cl⁻ ↔︎ Br⁻ в кристаллах NaCl.
Изоморфизм по структуре, не связанный с химическим составом Иногда соединения с различным химическим составом формируют идентичные структурные типы. Пример: ZnS (цинкит) и CuGaS₂ (купрогаллий сульфид) имеют сходные структуры.
Изоморфизм является фундаментальной концепцией кристаллохимии, связывающей химический состав веществ с их кристаллической структурой и служащей основой для прогнозирования свойств новых материалов.