晶體結構
多形性與同素異形性
同一組樂高積木,能拼成一輛車或一棟房子——零件相同,排列不同。同樣道理,相同的原子能鎖進不只一種晶體結構,而形成哪一種取決於溫度與壓力。這就是多形性與同素異形性背後的概念。
這兩個詞是同一概念、不同適用範圍。多形性指的是一種化合物以數種晶體結構存在;同素異形性則是同一現象用在純元素上。鐵在 912 度 C 以下是 BCC(肥粒鐵),在 912 至 1394 度是 FCC(沃斯田鐵),再往上又是 BCC。碳更戲劇化:柔軟灰色的石墨(層層可滑動的薄片)對比堅硬透明的鑽石(剛硬的四面體網絡)。錫則因低溫而由亮白崩解為灰色粉末(錫疫)而聞名。
這在工程上極為重要。鐵的同素異形切換是鋼的關鍵樞紐:加熱成 FCC 形態可讓碳溶入,急速冷卻再把碳困住,使金屬硬化——幾乎所有熱處理都建立在這一個事實上。而石墨與鑽石的對比,更深刻地說明了:主宰材料性質的可以是結構,而不只是成分。
碳把同素異形性展現得最戲劇化:石墨柔軟、灰色、滑膩(層層可剪切滑開,用作潤滑劑與鉛筆芯),鑽石卻是最硬的天然材料(剛硬的三維四面體網絡)。同一種元素——差別只在結構。
石墨對比鑽石:相同的原子,相反的性質。
相同原子、不同結構,行為可以天差地遠——僅憑成分並不能決定材料的性質。同素異形性不過是限定在純元素上的多形性。
又称
另见