Большая советская энциклопедия - полиморфизм

I (в биологии) Полиморфизм в биологии, наличие в пределах одного вида резко отличных по облику особей, не имеющих переходных форм. Если таких форм две, явление называется диморфизмом (частный случай — половой диморфизм). П. включает различие внешнего облика особей из одной или разных популяций. П. в пределах генетически однородной популяции известен для колоний многих гидроидов, у которых на одном столоне могут развиваться гидранты разного строения (например, трофозоиды, дактилозоиды и акантозоиды — у полипов Podocoryne). Имеющие совершенно различный облик полипы и медузы одного вида — пример П., связанного с чередованием поколений. Такого же типа П. ржавчинных грибов, у которых плодовые тела и споры, развивающиеся на разных хозяевах, резко отличны по облику и по физиологическим особенностям. Такой П., как и многообразие личиночных форм одного вида, например у дигенетических сосальщиков, называется плейоморфозом. П. у раздельнополых животных — наличие особей разного облика в пределах хотя бы одного пола (например, у тлей самки, а у некоторых кокцид самцы бывают крылаты и бескрылы). Для общественных насекомых характерен П., связанный с разделением функций разных особей в семье или колонии (матка и рабочие особи у медоносных пчел; матки и разные формы «рабочих», а также «солдаты» у муравьев и термитов). К такому же роду П. можно отнести сезонный П., а также связанные с плотностью популяции различия в окраске, пропорциях тела и в поведении у саранчовых (фазовая изменчивость) и гусениц некоторых бабочек. См. также Генетический полиморфизм, Модификации. Лит.: Майр Э., Зоологический вид и эволюция, пер. с англ., М., 1968; Шеппард Ф. М., Естественный отбор и наследственность, пер. с англ., М., 1970. М. С. Гиляров. II (в физике) Полиморфизм (от греч. polymorphos — многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз), называется полиморфной модификацией, устойчиво при определенных внешних условиях (температуре и давлении). Модификации обозначаются обычно греческими буквами a, b, g и т.д. Различие в структуре обусловливает и различие в свойствах полиморфных модификаций данного вещества. П. был открыт в 1798, когда было обнаружено, что СаСО3 может существовать в виде 2 минералов — кальцита и арагонита. П. обладают простые вещества (см. Аллотропия), а также неорганические и органические соединения. Так, углерод имеет 2 модификации: кубическую (алмаз) и гексагональную (графит), резко различающиеся по физическим свойствам. Белое олово, имеющее тетрагональную объемноцентрированную решетку — пластичный металл, а серое олово (низкотемпературная модификация с алмазоподобной тетрагональной решеткой) хрупкий полупроводник. Некоторые соединения, например SiO2, имеют более 2-х полиморфных модификаций. Перестройка кристаллической решетки при полиморфном переходе сводится к сдвигам атомов, изменению типа их упаковки, к поворотам некоторых структурных группировок (например, NH4 и NO3 в разных модификациях NH4NO3). П. наблюдается и у жидких кристаллов. П. является результатом того, что одни и те же атомы и молекулы могут образовывать в пространстве несколько устойчивых решеток. Т. к. любое малое искажение устойчивой решетки связано с увеличением ее энергии, то существующие структурные состояния соответствуют энергетическим минимумам различной глубины (см. рис.). При Т = 0 К, наиболее вероятна a-модификация, которой отвечает глубокий минимум. При Т > 0 К термодинамическое состояние решетки определяется ее свободной энергией U = Е - TS, включающей в себя наряду с энергией Е энтропийную часть TS (S — энтропия), связанную с тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Имеющая меньшую энергию более прочная (a-решетка менее восприимчива к возбуждению колебаний и характеризуется более пологой зависимостью U (T). Кривые Ua(T) и Ub(T) пересекаются при некоторой температуре T0. Ниже T0 более стабильна a-фаза, выше — b-фаза, T0 — температура равновесия a- и b-фаз. При нагреве a-модификация выше T0 она превращается в b. При дальнейшем повышении температуры (b-модификация может стать менее стабильной, чем g-модификация, которая, в свою очередь, затем превращается в d-модификацию до тех пор, пока температура не превысит температуру плавления кристалла. Каждая модификация устойчива в определенной области температуры, давления, а также др. внешних условий. Фазовые диаграммы равновесия определяют области устойчивости полиморфных модификаций (см. Диаграмма состояния). Теоретический расчет фазовых диаграмм основан на вычислении термодинамических характеристик, а также энергии и спектра колебаний кристаллической решетки для различных полиморфных модификаций. Например, расчет диаграммы состояния С позволил установить, что область возникновения структуры алмаза лежит при давлениях Полиморфизм50 кбар, что облегчило путь к синтезу алмазов. Переход менее стабильной модификации в более стабильную связан с преодолением энергетического барьера, который существенно меньше, если превращение происходит постепенно, путем зарождения и последующего роста в ней областей новой фазы. Барьер преодолевается за счет тепловых флуктуаций; поэтому, если вероятность флуктуаций мала, менее устойчивая фаза может длительное время существовать в метастабильном состоянии. Например, алмаз, метастабильный при атмосферном давлении и комнатной температуре, может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В других веществах, наоборот, различные модификации легко переходят друг в друга при изменении температуры и др. Поскольку превращение проходит через стадию сосуществования исходной и образующейся фаз, между фазами возникает упругое взаимодействие, влияющее на развитие превращения. Эти взаимодействия особенно проявляются при мартенситных превращениях. Частный случай П. — политипизм, который наблюдается в некоторых кристаллах со слоистой структурой. Политипные модификации построены из одинаковых слоев или слоистых «пакетов» атомов и различаются способом и периодичностью наложения таких пакетов. Политипные модификации наблюдаются у глинистых минералов, карбида кремния и др. Лит.: Верма А. Рам., Кришна П., Полиморфизм и политипизм в кристаллах, пер. с англ., М., 1969; Бокий Г. Б., Кристаллохимия, 3 изд., М., 1971. А. Л. Ройтбурд.