Polimorfismo (chimica)

In chimica, il termine polimorfismo indica la possibilità che uno stesso composto si presenti in forme cristalline diverse.^[1] Questo comportamento si può presentare tanto in sostanze semplici (cioè sostanze formate da atomi dello stesso elemento chimico e più preciso è il termine allotropia), quanto nei composti (cioè sostanze formate da atomi di diversi elementi chimici).

Le diverse modificazioni polimorfiche hanno proprietà fisiche (sfaldatura, durezza, peso specifico, punto di fusione) differenti; hanno invece uguale comportamento chimico, e pertanto, mediante l'analisi chimica è possibile accertare che si tratti della stessa sostanza.

Tipologia di polimorfismi

Vi sono 3 forme di polimorfismo:

• Polimorfismo ricostruttivo: necessita molta energia poiché determina una completa riorganizzazione della struttura cristallina ed una evidente rottura dei legami presenti nel reticolo.
• Polimorfismo distorsivo: è una riorganizzazione strutturale meno drastica che non implica la rottura dei legami, indi necessita minor dispendio energetico; avviene istantaneamente ed è facilmente reversibile.
• Polimorfismo ordine-disordine: frequente nelle leghe metalliche si presenta anche in alcuni minerali quali i feldspati.

Esempi

Esempi in natura sono dati da:

• zolfo: può presentarsi in cristalli rombici o in cristalli aghiformi monoclini;
• carbonio: può presentarsi sotto varie forme polimorfe, tra cui la grafite (avente struttura cristallina esagonale) e il diamante (avente struttura cristallina cubica);
• carbonato di calcio: può presentarsi sotto forma di aragonite (struttura rombica) e di calcite (struttura trigonale).
• silice: può presentarsi sotto forma di quarzo α trigonale, quarzo β esagonale, tridimite esagonale e cristobalite cubica.

Cause del polimorfismo

Il polimorfismo è dovuto a diversa disposizione spaziale degli atomi della sostanza nel reticolo cristallino, determinata dalla pressione e dalla temperatura. Il passaggio da una forma cristallina ad un'altra avviene ad una temperatura ben determinata, detta temperatura di trasformazione, al di sopra della quale è stabile una delle forme, al di sotto l'altra.

Ad esempio esistono diverse forme polimorfe del ferro, che vengono convertite l'una nell'altra attraverso i processi di tempra e ricottura.

Attualmente si riconoscono tre meccanismi principali per cui una forma polimorfa di una sostanza può trasformarsi in un'altra. Queste modalità prendono il nome di: polimorfismo ricostruttivo, polimorfismo distorsivo e polimorfismo ordine-disordine.

Un meccanismo secondario di polimorfismo della struttura cristallina di un minerale è il politipismo.