Isomorfismo

Se dice que dos sustancias son isomorfas si tienen distinta composición química pero la misma estructura.

A pesar de tener la misma estructura interna, como tienen distinta composición química, los isomorfos tendrán distintas propiedades físico-químicas.

Existen muchos compuestos que forman series isomorfas en las que un elemento puede ser sustituido por otro de un tamaño parecido sin que produzca ningún cambio en la estructura cristalina.

Según sea la carga de los iones que se sustituyan, el isomorfismo puede ser:

• Isovalente, cuando el átomo sustituido y el sustituto tienen la misma carga.
• Heterovalente, cuando las cargas de los dos átomos son distintas, por lo que tiene que haber algún mecanismo de sustitución en el que se compensen las cargas:
  • Sustitución conjugada de los pares catión-anión. Si un catión es sustituido por otro con mayor carga, un anión tendrá que ser sustituido por otro que también tenga carga mayor.
  • Sustitución de dos cationes o dos aniones por otros dos, uno de carga mayor y otro de carga menor, de forma que la carga total sea la misma.
  • Sustitución de dos iones iguales por otros dos, uno de mayor carga y otro de menor carga, que compensen la carga de los sustituidos.

Además de las cargas eléctricas, también es necesario que la configuración electrónica de los elementos isomorfos sea similar, y que lógicamente, el tamaño sea parecido.

Ejemplo de isomorfismo

Feldespatos

Uno de los ejemplos más típicos de isomorfismo es el de los feldespatos, en el que se distinguen:

• Ortosa, con potasio (KAlSi₃O₈).
• Albita, con sodio (NaAlSi₃O₈).
• Anortita, con calcio (CaAlSi₂O₈).

Ariel Provost [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons

Olivino

El olivino (Mg,Fe)₂SiO₄ está formado por una serie isomorfa en la que hay dos extremos:

• Forsterita, con magnesio (Mg₂SiO₄).
• Fayalita, con hierro (Fe₂SiO₄).

Aomai [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Una masa fundida de una determinada composición se va enfriando hasta alcanzar la curva liquidus y se empieza a formar olivino (sólido) con más bastante contenido en Mg. Como el magnesio pasa a formar parte del olivino, el líquido va perdiendo Mg y se enriquece en Fe.

Cuando termina la cristalización, todo el líquido se ha solidificado, y la temperatura ha disminuido hasta alcanzar la curva solidus. La composición de los cristales es igual que la del fundido original.

Resumiendo, con altas temperaturas, hasta llegar a la curva liquidus, se encuentra fundido, entre la curva liquidus y solidus coexisten cristales y fundido, y por debajo de la curva solidus, olivino. La parte central del cristal de olivino puede ser más rica en Mg y los bordes más ricos en Fe.