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 haben die gleiche chemische Zusammensetzung (Stöchiometrie), unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung der Atome und haben unterschiedliche Eigenschaften. Unterschiedliche Strukturen 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.

Beispiele

• Graphit, Diamant, Fullerene sowie Graphen sind Modifikationen von Kohlenstoff. (Diamant ist ein Isolator, während Graphit ein anisotroper Leiter ist.)
• α-Schwefel, β-Schwefel und γ-Schwefel sind Modifikationen von Schwefel.
• Weißer Phosphor, roter Phosphor, schwarzer Phosphor und violetter Phosphor sind Modifikationen von Phosphor.
• Selen kommt in fünf Modifikationen vor.
• Zinn kommt als α-Zinn, β-Zinn und γ-Zinn vor (Zinnpest).
• Als natürliche Modifikationen des Siliciumdioxids kommen u. a. α-Quarz, β-Quarz, Tridymit und Cristobalit in der Natur vor.
• Aluminiumoxid kommt als Tonerde und Korund 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.
• Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) tritt in fünf Modifikationen auf.
• Die kristallinen Bereiche in isotaktischem Polypropylen, einem teilkristallinen Kunststoff, treten als monokline (α-Form), pseudohexagonale (β-Form) und unter besonderen Bedingungen auch trikline (γ-Form) Modifikationen auf.
• Umwandlung der Elementarzelle von Eisen bei bestimmten Temperaturen: kubisch raumzentriertes δ-Ferrit, kubisch flächenzentrierte γ-Eisen (Austenit), kubisch raumzentrierte α-Eisen (Ferrit)

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