Polimorfizmus, allotrópia

Néhány fém, pl. Fe, Co, Mn, Sn, Ca, Ti dermedéskor kialakult kristályrácsát lehűlés közben bizonyos ún. kritikus hőmérsékleten változtatja, más rácsalakzatba kristályosodik át. Ez az átkristályosodás mindenkor energia, hőtartalom változásá val jár, tehát a lehűlési görbén töréspontok alakjában jelentkezik. A lehűlés közben lefolyó átkristályosodás melegtermelő, exoterm; a hevülés közben lefolyó meleg­ fogyasztó, endoterm. Bár a lehűléskor itt felszabaduló meleg csak tized- vagy század­ része az olvadási hőnek, az átkristályosodási hőmérsékletek mégis bár rövid, de vízszintes szakaszokkal jelentkeznek a lehűlési görbén. Ezeket a hőmérsékleteket ezért Osmond francia metallográfus javaslatára „A ” betűvel (arret = megállás) jelölik. Ilyen átalakuláson elemek, ásványok, vegyületek egyaránt áteshetnek.

Polimorfizmus, allotrópia

Azt a jelenséget, amikor egy elem, ötvözet vagy vegyület összetételének megtartása mellett többféle kristályszerkezetűvé alakul át, polimorfizmusnak, több-alakúságnak nevezzük. Fémes elemek polimorfizmusát allotrópiának hívjuk. Ugyanannak a kristályos anyagnak különféle kristályszerkezetű változatát módo­sulatnak, egyik módosulatából a másikba való átkristályosodását allotrop-átalakulásnak nevezzük.

Ón pestis

Az ón allotrop átalakulásának káros következményeit már régen ismerik. A hideg éghajlatú északi országokban rozsdamentessége miatt ónból készült orgona­ sípok és érmék a kemény téli időben szürke porrá estek szét. Ezt a jelenséget az ón ismeretlen eredetű betegségének vélték és „ón-pestis”-nek nevezték el. Azóta meg­ állapították, hogy az ón allotrop átalakulása okozta a tárgyak pusztulását. Azt is megállapították, hogy az ónnak három allotrop módosulata van.

Módosulat neve	Stabilitásának hőmérsékletköze	Kristályrendszere
alfa-Sn	-18°C alatt	Szabályos gyémántrács
béta-Sn	18-161°C	tetragonális
gamma-Sn	161-232°C	rombos

Az alfa-Sn, melyet színe után szürke ónnak neveznek, rideg, törékeny; a béta-Sn, melyet fehér ónnak hívnak, képlékeny. A béta-Sn stabilitása következtében jóval alsó hőmérséklete alá túlhűthető és csak -30— 40 °C-on, tehát 50—60 fokos túlhűtésnél alakul át magától, spontán szürke ónná, miközben szét is esik szürke porrá. Ez a por alakú ón újból felhasználható, ha megolvasztjuk.
A példánkból látjuk, hogy egy fém allotrop módosulatait stabilitásuk hőközének növekvő sorrendjében a görög abc betűivel jelöljük.

A vas allotrop átalakulása

A metallográfiái ismeretek gyakorlati hasznosítása terén legnagyobb jelentősége van a vas allotrop átalakulásainak. Az átalakulás jellegzetességeit a következő ábra tartalmazza. Ha a megömlött színvasat egyensúlyi lehűtéssel, tehát úgy hűtjük, hogy minden egyes hőmérsékleten addig időzünk, míg az esetleges átalakulással járó, vagy egyéb okból megindult alom mozgások diffúziós folyamatai befejeződnek, akkor a vas a legmagasabb kritikus hőmérsékleten A ₅ = 1536 °C-on szabályos térben középpontos kristályos szerkezetű delta-vassá dermed. Ez a felső módosulat A₄ = 1392 °C-on átkristályosodik egy szabályos felületen középpontos módosulattá, a gamma-vassá. A soron következő egyensúlyi átkristályosodás A₃ = 911 °C-on történik, ahol a gamma-vas átalakul az ugyancsak térben középpontos szabályos rendszer­beli alfa-vassá.

A sorozatból hiányzó béta-vas módosulatnak nevezték kezdetben azt a szabályos térben középpontos vasat, amely paramágneses, tehát nem mágnesezhető. A mágneses tulajdonságok ilyen változása a régebben A₂-nek nevezett 769 °C-on, az ún. Curie-ponton következik be. Azóta megállapították, hogy ez a változás nem allotrop átalakulás, mert a vas kristályszerkezetében változás nem következik be.
A kísérletek közben azt találták, hogy ha a színvas hőmérsékletét szobahőmérsékletről kiindulva egész lassan, az egyensúlyi kristályosodást megközelítő sebességgel növelik, akkor az allotrop átalakulások ugyanazokon a kritikus hőmérsékleteken következnek be. Azt jelenti ez, hogy a vas allotrop átalakulásai megfordítható folyamatok.

Ajánlott irodalom: Zorkóczy Béla Metallográfia és anyagvizsgálat