Modifikationen – Überblick

Worum geht es ?

Viele Stoffe existieren im festen Zustand in mehreren Formen, die sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Diese Formen heißen Modifikationen.

Oft unterscheidet man Allotropie und Polymorphie, jedoch werden diese Begriffe nicht immer eindeutig benutzt.

Wie kommt es dazu ?

Modifikationen treten auf, wenn sich die kleinsten Teilchen in einem Kristall unterschiedlich anordnen.

Zum Beispiel können die Ionen eines Ionenkristalls oder die Moleküle eines Molekülkristalls verschiedene relative Lagen zueinander einnehmen. Bei Elementen können die Atome in einem Kristall verschiedene relative Lagen zueinander einnehmen, oder sie können sich zu Molekülen unterschiedlicher Größe zusammenschließen.

Bei Elementen und Ionenverbindungen liegen in den Modifikationen oft auch unterschiedliche Bindungsverhältnisse vor.

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Wieviele gibt es ?

Viele. Von den meisten Elementen kennt man mehrere Modifikationen, vom Schwefel zum Beispiel über 10. Von einigen Verbindungen, zum Beispiel Siliciumdioxid oder Wasser, sind ebenfalls mehr als 10 Modifikationen bekannt. Andere Verbindungen wurden weniger umfassend untersucht, und es wurden nur eine oder wenige Modifikationen gefunden.

Oft sind Modifikationen nur bei sehr hohen Temperaturen oder Drucken stabil.

Kann man sie umwandeln ?

Im Prinzip ja, aber …

Einschub – thermodynamisch stabil und metastabil : Von den Modifikationen eines Stoffes hat bei vorgegebener Temperatur und vorgegebenem Druck eine den niedrigsten Energiegehalt. Sie heißt die thermodynamisch stabile Modifikation dieses Stoffes. Alle anderen nennt man metastabil.

Die metastabilen Modifikationen wandeln sich in Modifkationen mit geringerem Energiegehalt (das können andere metastabile oder die thermodynamisch stabile Modifikation sein) um. Unter den Bedingungen in der Natur laufen diese Umwandlungen oft nur sehr langsam ab. Deshalb bleiben dort auch metastabile Modifkationen wie Diamant über Jahrmillionen unverändert erhalten. Unter technisch erzeugten extremen Druck– oder Temperaturbedingungen können sich solche Umwandlungen viel schneller abspielen.

Die stabile Modifikation kann man auf direktem Weg nicht in eine metastabile Modifikation umwandeln. Dasselbe gilt für die Umwandlung einer metastabilen Modifkation in eine andere metastabile mit höherem Energiegehalt („weniger stabile”). Man muss dann andere Wege gehen : Resublimation aus dem gasförmigen Zustand, Kristallisation aus der Schmelze oder aus einer Lösung, Synthese aus anderen Stoffen sind nur Beispiele.

Hier sind sie

Über folgende Modifikationen können Sie im Projekt mehr erfahren :

 

 

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