Em química e mineralogia , o polimorfismo é a capacidade de uma substância química se cristalizar em diferentes estruturas, dependendo das condições de temperatura e pressão . Quando a substância é um único corpo , é preferível usar o termo alotropia .
Quando uma substância pode existir em várias formas amorfas com transições de fase de primeira ordem entre elas , é denominado poliamorfismo .
Geralmente, cada estrutura existe em uma região precisa de temperatura e pressão : seu "campo de estabilidade". Se os parâmetros evoluem fora desta região, ela se transforma em uma estrutura diferente por transição de fase , seja por ruptura e formação de ligações químicas (“transição reconstrutiva”), ou por deformação simples (“transição deslociva”).
Exemplo: CaCO 3 é a fórmula bruta de três polimorfos de carbonato de cálcio:
As transições reconstrutivas precisam de energia para ocorrer: são transições de fase de primeira ordem. Se a mudança nas condições físicas (temperatura, pressão) for abrupta, a fase inicial pode manter sua estrutura fora do seu campo de estabilidade: falamos de uma “região metaestável”. Então, a estrutura tende a se transformar naquilo que corresponde às condições físicas, mas o tempo de transformação pode ser importante, possivelmente infinito.
Exemplo: a transformação do diamante em grafite .
Às vezes, uma estrutura não possui um campo de estabilidade: isso é chamado de “fase metaestável”; ocorre apenas como uma fase intermediária entre duas outras fases, geralmente uma metaestável e a outra estável.
As transições deslocivas são transições de fase de segunda ordem. Como ocorrem após uma simples deformação da estrutura, não é possível congelar a estrutura inicial fora do seu campo de estabilidade.
Exemplo: a transformação do quartzo β em quartzo α ocorre a partir de uma simples rotação dos tetraedros [SiO 4 ] 4- compartilhando seus topos, sem quebra da ligação química. Portanto, não há região metaestável para quartzo β, que não existe em condições ambientais.
Um caso particular de polimorfismo é o de politipismo, em que as diferentes estruturas são formadas pelo empilhamento de um módulo (na maioria dos casos, uma camada ou uma folha) de estrutura e composição (quase) idênticas. Os politipos diferem no modo de empilhamento (translação e / ou rotação) do módulo ao longo de uma direção: os dois parâmetros da malha no plano do módulo são comuns a todos os politipos, enquanto o terceiro difere.
Os politipos são diferenciados por símbolos específicos. Os símbolos mais usados são os de Ramsdell, que associam o número de camadas no período do politipo ao símbolo correspondente ao sistema cristalino ou reticular :
Exemplos: