В химии изоморфизм имеет значение как на уровне кристаллографии, так и на молекулярном уровне. В кристаллографии кристаллы являются изоморфными, если они имеют одинаковую симметрию и если атомные позиции могут быть описаны набором параметров (размеры элементарной ячейки и дробные координаты), численные значения которых отличаются лишь незначительно. [ 1]
Молекулы изоморфны, если они имеют схожие формы. Координационные комплексы трис(ацетилацетонато)железа (Fe(acac) 3 ) и трис(ацетилацетонато)алюминия (Al(acac) 3 ) изоморфны. Эти соединения, оба симметрии D 3 , имеют очень схожие формы, определяемые длинами связей и углами связей. Изоморфные соединения дают начало изоморфным кристаллам и образуют твердые растворы . [2] Исторически форма кристалла определялась путем измерения углов между гранями кристалла с помощью гониометра . В то время как кристаллы Fe(acac) 3 имеют темно-красный цвет, а кристаллы Al(acac) 3 бесцветны, твердый раствор этих двух, то есть Fe 1−x Al x (acac) 3 , будет темно- или бледно-розовым в зависимости от соотношения Fe/Al, x.
Двойные сульфаты , такие как соль Туттона , с общей формулой MI 2 MII ( SO 4 ) 2 .6H 2 O, где MI — щелочной металл, а MII — двухвалентный ион Mg , Mn , Fe , Co , Ni , Cu или Zn , образуют ряд изоморфных соединений, которые сыграли важную роль в девятнадцатом веке в установлении правильных атомных весов переходных элементов. Квасцы , такие как KAl(SO 4 ) 2 .12H 2 O, представляют собой еще один ряд изоморфных соединений, хотя существует три ряда квасцов с похожей внешней структурой, но немного отличающейся внутренней структурой. Многие шпинели также изоморфны.
Для образования изоморфных кристаллов два вещества должны иметь одинаковую химическую формулу (т. е. атомы в одинаковом соотношении), они должны содержать атомы, которые имеют соответствующие химические свойства, а размеры соответствующих атомов должны быть схожи. Эти требования гарантируют, что силы внутри и между молекулами и ионами приблизительно схожи и приводят к кристаллам с одинаковой внутренней структурой. Несмотря на то, что пространственная группа одинакова, размеры элементарной ячейки будут немного отличаться из-за разных размеров вовлеченных атомов.
Закон изоморфизма Митчерлиха , или закон изоморфизма , является приблизительным законом, предполагающим, что кристаллы, состоящие из одинакового числа подобных элементов, имеют тенденцию демонстрировать изоморфизм. [3]
Закон Митчерлиха назван в честь немецкого химика Эйльхарда Митчерлиха [4] , который сформулировал закон и опубликовал его между 1819 и 1823 годами. [5]
По словам Ференца Сабадвари , одним из ключей, который помог Берцелиусу определить атомные веса элементов, было «открытие Митчерлиха, что соединения, содержащие одинаковое число атомов и имеющие схожую структуру, демонстрируют схожие кристаллические формы (изоморфизм)» [6] .