Πολυτυπία

Ορισμός: Πολυτυπία είναι μια ειδική περίπτωση πολυμορφίας. Συναντάται σε ορυκτά όπως ο γραφίτης, ο βουρτσίτης, οι μαρμαρυγίες και άλλα πυριτικά ορυκτά, τα οποία χαρακτηρίζονται από δομές συνιστάμενες από επάλληλα στρώματα φύλλων απολύτως όμοιων μεταξύ τους ως προς τη διάταξη των ατόμων σε κάθε ένα από αυτά, και τα οποία σχηματίζουν κρυστάλλους που διαφέρουν μόνο ως προς τον τρόπο της τοποθετήσεως των επαλλήλων αυτών στρωμάτων.

Μεταξύ δύο στρωμάτων με τον ίδιο προσανατολισμό μπορεί να παρεμβάλλεται κάθε φορά και διάφορος αριθμός - 1, 2, 4, 6 κλπ. - ενδιάμεσων στρωμάτων. Οι μορφές που προκύπτουν καλούνται πολύτυποι και διαφέρουν μεταξύ τους μόνο κατά την παράμετρο του άξονα κατά μήκος του οποίου γίνεται η επισώρευση των στρωμάτων. Το μέγεθος της παραμέτρου αυτής είναι ανάλογο με τον αριθμό των παρεμβαλλόμενων στρωμάτων (πολλαπλάσιο ή υποπολλαπλάσιο του αρχικού). Οι διαστάσεις της κυψελίδας παράλληλα στα φύλλα είναι ίδιες.

Πολυτυπία στο γραφίτη

Στα σχήματα 1, 2 και 3 γίνεται περιγραφή της πιο απλής περιπτώσεως πολυτυπίας που εμφανίζεται στο γραφίτη (C). Η δομή του γραφίτη αποτελείται από επάλληλα στρώματα ατόμων άνθρακα τα οποία βρίσκονται στις κορυφές εφεξής συνεχόμενων εξαγώνων (Σχήμα 1).

Σχήμα 1. Δομή του διαμαντιού και του γραφίτη.

Στην κανονική δομή το υπερκείμενο στρώμα προβάλλεται ακριβώς πάνω στο υποκείμενο, ώστε να υπάρχει απόλυτη σύμπτωση των ατόμων του άνθρακα των δύο στρωμάτων. Σε μερικές όμως περιπτώσεις άτομα άνθρακα του υπερκείμενου στρώματος προβάλλονται στα κέντρα του υποκείμενου με δύο διαφορετικούς προσανατολισμούς (Σχήμα 2).

Σχήμα 2. Πολυτυπία στο γραφίτη.
α) Στιβάδα ατόμων άνθρακα στο γραφίτη.
(β, γ) Δυνατοί προσανατολισμοί της υπερκείμενης προς την υποκείμενη στοιβάδα.

Ο πρώτος είναι ο συνδυασμός ΑΒΑΒ... στον οποίο γίνεται παρεμβολή μόνο ενός στρώματος με διαφορετικό προσανατολισμό (Β) σε απόσταση c_o/2, μεταξύ των δύο, με τον ίδιο προσανατολισμό (Α), στρωμάτων. Ο δεύτερος είναι ο συνδυασμός ΑΒΓΑΒΓ... στον οποίο γίνεται παρεμβολή δύο στρωμάτων με προσανατολισμό Β και Γ (Σχήμα 3).

Σχήμα 3. Πολυτυπία στο γραφίτη.
α) Διαδοχή ΑΒΑΒ.... β) Διαδοχή ΑΒΓΑΒΓ....

Στο βουρτσίτη (ZnS) υπάρχει εκτεταμένη πολυτυπία όπως φαίνεται από το εύρος της παραμέτρου c_o. Ενώ η βασική παράμετρος c_o είναι 3,12 Å υπάρχουν πολύτυποι με παράμετρο τετραπλάσια (4Η, 12,46), εξαπλάσια (6Η, 18,73), οκταπλάσια (8Η, 24,96) και δεκαπλάσια (10Η, 31,20) όπου Η η εξαγωνική κυψελίδα.

Πολυτυπία στους μαρμαρυγίες

Οι μαρμαρυγίες και πολλά άλλα πυριτικά ορυκτά αποτελούνται από πυριτικά φύλλα, συστάσεως συνήθως Si₂O₅(OH), τα οποία επισωρεύονται κατά μήκος του άξονα c. Η συμμετρία των φύλλων είναι μονοκλινής. Εμφανίζονται όμως με μια ψευδοεξαγωνική συμμετρία, εξαιτίας της οποίας υπάρχουν έξι διαδοχικές κατευθύνσεις παράλληλα στις οποίες τα φύλλα μπορούν να επισωρεύονται. Οι κατευθύνσεις αυτές μπορούν να αναπαρασταθούν με τρία ανύσματα (1, 2, 3, και οι αντίθετες αρνητικές κατευθύνσεις -1, -2, -3) υπό γωνία 120^ο το ένα ως προς το άλλο (Σχήμα 4).

Σχήμα 4. Δημιουργία ψευδοεξαγωνικής συμμετρίας στους μαρμαρυγίες.

Ανάλογα με την κατεύθυνση της επισώρευσης δημιουργούνται διάφοροι πολύτυποι (Σχήμα 5).

Αν η επισώρευση των πυριτικών φύλλων Si₂O₅(OH) γίνεται πάντα προς την ίδια κατεύθυνση τότε προκύπτει πολύτυπος μονοκλινούς συμμετρίας 1Μ στον οποίο η σειρά επισώρευσης είναι [1, 1, 1...].
Αν η διαδοχική επισώρευση γίνεται παράλληλα προς τις δύο αντίθετες κατευθύνσεις του ίδιου ανύσματος [1, -1, 1, -1...] προκύπτει πολύτυπος με ρομβική (ορθορομβική) συμμετρία, γνωστός ως 2Ο.
Όταν η διαδοχική επισώρευση συνίσταται από δύο ανύσματα υπό γωνία 60^ο το ένα ως προς το άλλο [1, -2, 1, -2...] προκύπτει μονοκλινής πολύτυπος γνωστός ως 2Μ.
Τέλος αν στη διαδοχική επισώρευση εμπλέκονται και τα τρία ανύσματα [1, 2, 3...] τότε το αποτέλεσμα είναι ένας τριγωνικής συμμετρίας πολύτυπος (3Τ).

Ένας πολύτυπος συμβολίζεται με ένα αριθμό που δείχνει τον αριθμό των στρωμάτων της επαναλαμβανόμενης μονάδας παράλληλα στον άξονα c και ένα γράμμα που δείχνει τη συμμετρία (Μ = μονοκλινές, Ο = ρομβικό, Η = εξαγωνικό, Τ = τριγωνικό). Οι δείκτες, π.χ. 2Μ1 και 2Μ2, χρησιμοποιούνται για τη διάκριση πολύτυπων με ίδια συμμετρία και μονάδα επανάληψης.

Σχήμα 5. Πολυτυπία στους μαρμαρυγίες.