Polymorphie (Materialwissenschaft)

Polymorphie ist nach E. A. Mitscherlich in den Werkstoffwissenschaften und der Mineralogie die Eigenschaft, dass eine Substanz in verschiedenen Erscheinungsformen (Modifikationen) vorkommen kann. Diese sind aus den gleichen Atomen aufgebaut, unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung ihrer Struktur und haben somit unterschiedliche Eigenschaften. Unterschiedliche Gitterstrukturen können sich durch Einflüsse wie Druck und/oder Temperatur bilden (Solvothermalsynthese).

Eine besondere Form der Polymorphie ist die Polytypie, welche bei in Schichtgittern kristallisierenden Verbindungen auftritt, wie Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid.

Auch manche organische Moleküle wie beispielsweise Arzneistoffe, Pigmente, Fette oder Sprengstoffe können im kristallinen Zustand polymorph sein ^[1].

Beispiele

• Graphit, Diamant, Fullerene sowie Graphen sind Modifikationen von Kohlenstoff. (Diamant ist ein Isolator, während Graphit ein anisotroper Leiter ist.)
• Als natürliche Modifikationen des Quarz (SiO₂) kommen u. a. α-Quarz und β-Quarz in der Natur vor.
• α-Schwefel, β-Schwefel und γ-Schwefel sind Modifikationen von Schwefel.
• Weißer Phosphor, roter Phosphor und schwarzer Phosphor sind Modifikationen von Phosphor.
• Selen kommt in fünf Modifikationen vor.
• Drei Modifikationen des Calciumcarbonats sind orthorhombischer Aragonit, hexagonaler Vaterit und trigonaler Kalkspat.
• Pyrit und Markasit sind Mineralien unterschiedlicher Modifikation von FeS₂.
• Drei Modifikationen des Aluminiumsilikats Al₂SiO₅ sind Andalusit, Disthen und Sillimanit.
• Zinn kommt als α-Zinn, β-Zinn und γ-Zinn vor (Zinnpest).
• Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) tritt in fünf Modifikationen auf.

Begriffe

Bei zwei Modifikationen spricht man von Dimorphie, bei drei Modifikationen von Trimorphie. Tritt eine spiegelbildliche Modifikation auf, so wird sie als Enantiomorphie bezeichnet.

Wenn verschiedene Modifikationen wechselseitig ineinander umgewandelt werden können, liegt Enantiotropie vor; wenn die direkte Umwandlung nur in einer Richtung möglich ist, Monotropie.

Bei Vorkommen ein und desselben Elements in verschiedenen Zustandsformen spricht man von Allotropie, z. B. Kohlenstoff als Graphit sowie als Diamant.

Weblinks

 Wiktionary: Polymorphie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

1. ↑ Joel Bernstein: Polymorphism in Molecular Crystals, Oxford University Press 2002, ISBN 978-0-19-850605-8