Polytypie

Polytypie (polytypizmus) je speciálním případem polymorfie. Jednotlivé polytypy vznikají různými způsoby uspořádání dvojrozměrných strukturních jednotek, vrstev. Jednotlivé polytypy téže látky se tak liší svou strukturou a často patří do různých krystalových soustav. Každý polytyp je samostatnou polymorfní modifikací.

Nejjednodušším příkladem polymorfie jsou nejtěsnější směstnání stejných koulí. Představme si vrstvu kulečníkových koulí položenou na stole nejtěsnějším možným způsobem (obr. 4.31a). Na ni položíme druhou vrstvu (b). Třetí vrstvu lze již položit dvěma způsoby (do mezer označených I (c) nebo II (d)). V prvním případě mají koule třetí vrstvy odlišnou polohu než koule první i druhé vrsty, takže vzniká sekvence vrstev v polohách ABCABCABC atd. (e) V druhém případě leží koule třetí vrstvy přesně nad koulemi první vrstvy, takže vzniká sekvence ABABAB atd. (f). Lze ukázat, že polytyp ABABAB je hexagonální (obr. 4.32a), polytyp ABCABCABC je kubický (b). Na tomto principu je možno vybudovat celou familii polytypů, která zahrnuje nekonečné množství periodických (uspořádaných, kde se libovolně dlouhá sekvence vrstev periodicky opakuje) i neperiodických (neuspořádaných) polytypů. Největší počet polytypů, převážně syntetických, je znám u karbidu křemíku SiC, od polytypu s posloupností ABABAB až po polytyp s 594 vrstvami v jedné sekvenci. Nejtěsnější směstnání stejných koulí mj. vysvětlují, proč jsou prvky v přírodě většinou kubické (např. Cu, Ag, Au) nebo hexagonální resp. trigonální (Sb, Bi, As). Pomocí nejtěsnějších směstnání lze interpretovat rovněž řadu struktur oxidů, sulfidů (např. sfalerit – wurtzit) či některých silikátů.

Pro charakteristiku polytypů se (vedle jiných způsobů) používají tzv. ABC symboly a Ramsdellovy symboly. ABC symbolika je vhodná zejména pro popis polytypů založených na nejtěsnějších směstnáních stejných koulí. Každá jednotlivá vrstva může zaujímat polohu A, B nebo C. Sekvence AA, BB, CC u nejtěsnějších směstnání stejných koulí nejsou možné. Například:

polytyp AB ... ve struktuře se opakuje sekvence dvou různě uložených vrstev (obr. 4.31e)
polytyp ABC ... ve struktuře se opakuje sekvence tří různě uložených vrstev (obr. 4.31f)
polytyp ABCACB ... opakuje se sekvence šesti vrstev v uvedeném pořadí (obr. 4.33a)
polytyp ABCACBCABACABCB ... opakuje se sekvence patnácti vrstev v uvedeném pořadí (obr. 4.33a).

Ramsdellovy symboly mají tvar nX. Číslo n udává počet vrstev, které tvoří jednu opakující se sekvenci ve struktuře polytypu. Písmeno X označuje krystalovou soustavu, do níž polytyp náleží (C kubickou, H hexagonální, T trigonální (s hexagonální mřížkou), R trigonální (s romboedrickou mřížkou), Q tetragonální, O rombickou, M monoklinickou, A či Tc triklinickou). Písmeno d znamená, že se jedná o neuspořádanou vrstevnatou strukturu. Pokud se ve familii vyskytuje více polytypů se stejným nX, odlišují se formálně pomocí dolního indexu. Například:

Grafit-2H ... hexagonální polytyp grafitu s posloupností vrstev AB (obr. 4.34a),
Grafit-3R ... trigonální polytyp grafitu s posloupností vrstev ABC (obr. 4.34b),
Muskovit-1M ... monoklinický polytyp muskovitu s posloupností AA (všechny vrstvy jsou stejně navršeny),
Muskovit-1Md ... monoklinický polytyp muskovitu s neuspořádanou strukturou,
Muskovit-2M₁ a 2M₂ … dva monoklinické polytypy muskovitu, oba s posloupností vrstev AB, s jistými odchylkami ve struktuře.

Na rozdíl od polymorfních modifikací obvykle nelze vyčlenit pole stability polytypů v pT-diagramu, protože vznik polytypů bývá ovlivněn jinými faktory (např. přítomností dislokací ve strukturách). Jednotlivé polytypy se obvykle jen velmi málo liší svými fyzikálními vlastnostmi. Polytypie je významná pro řadu minerálů, zejména pak pro vrstevnaté silikáty (např. slídy či chlority).

další »»