ПОЛИМОРФ'ИЗМ, полиморфизма, мн. нет, ·муж. (от ·греч. poly - много и morphe - форма).

1. Существование особей одного и того же вида с различными по строению формами (зоол., бот.). Полиморфизм пчел и муравьев.

2. Свойство одного и того же вещества кристаллизоваться в различных формах (минер.).

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 определённых внешних условиях (температуре и давлении). Модификации обозначаются обычно греческими буквами α, β, γ 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 объёмноцентрированную решётку - пластичный металл (См. Металлы), а серое олово (низкотемпературная модификация с алмазоподобной тетрагональной решёткой) хрупкий полупроводник. Некоторые соединения, например SiO₂, имеют более 2-х полиморфных модификаций. Перестройка кристаллической решётки 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 (См. Жидкие кристаллы).

П. является результатом того, что одни и те же атомы и молекулы могут образовывать в пространстве несколько устойчивых решёток. Т. к. любое малое искажение устойчивой решётки связано с увеличением её энергии, то существующие структурные состояния соответствуют энергетическим минимумам различной глубины (см. рис.). При Т = 0 К, наиболее вероятна α-модификация, которой отвечает глубокий минимум. При Т > 0 К термодинамическое состояние решётки определяется её свободной энергией U = Е - TS, включающей в себя наряду с энергией Е энтропийную часть TS (S - Энтропия), связанную с тепловыми колебаниями кристаллической решётки (См. Колебания кристаллической решётки). Имеющая меньшую энергию более прочная (α-решётка менее восприимчива к возбуждению колебаний и характеризуется более пологой зависимостью U (T). Кривые U_α(T) и U_β(T) пересекаются при некоторой температуре T₀. Ниже T₀ более стабильна α-фаза, выше - β-фаза, T₀ - температура равновесия α- и β-фаз. При нагреве α-модификация выше T₀ она превращается в β. При дальнейшем повышении температуры (β-модификация может стать менее стабильной, чем γ-модификация, которая, в свою очередь, затем превращается в δ-модификацию до тех пор, пока температура не превысит температуру плавления кристалла.

Каждая модификация устойчива в определённой области температуры, давления, а также др. внешних условий. Фазовые диаграммы равновесия определяют области устойчивости полиморфных модификаций (см. Диаграмма состояния). Теоретический расчёт фазовых диаграмм основан на вычислении термодинамических характеристик, а также энергии и спектра колебаний кристаллической решётки для различных полиморфных модификаций. Например, расчёт 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, путём зарождения и последующего роста в ней областей новой фазы. Барьер преодолевается за счёт 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 (См. Мартенситное превращение).

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.

а - изменение свободной энергии U кристалла при изменении взаимного расположения атомов, минимумы соответствуют двум устойчивым модификациям α и β; б - зависимость U от температуры.

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 (См. Популяция). П. в пределах генетически однородной популяции известен для колоний многих гидроидов (См. Гидроиды), 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 (См. Чередование 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 пчёл; 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.

наличие у одного вида организма двух форм, отличающихся по морфо-физиологическим признакам, но обитающих в одной местности. Д. - частный и наиболее обычный случай Полиморфизма. У животных чаще всего встречается Половой диморфизм, т. е. различия в общем облике (размерах, окраске и т.д.) самца и самки (петух и курица, самец и самка жука-оленя). Д. наблюдается также при чередовании поколений (См. Чередование поколений), при Метагенезе (например, гидроидные полипы и гидромедузы), при Цикломорфозе (например, у дафний (См. Дафнии)). Особая форма Д. - смена фаз (фазовая изменчивость), когда вид встречается при невысокой численности в так называемой одиночной фазе, а при повышенной - в стадной (у саранчовых, у ильмового ногохвоста и др.). Сезонный Д. связан с изменением температур, при которых протекает развитие организма; например, у бабочки-пестрокрыльницы (Araschnia levana) типичная весенняя форма мельче и имеет красновато-жёлтую окраску, а осенняя (форма prorsa) крупнее и окрашена в чёрно-коричневые тона. Известен Д., возникший в результате Мутации у берёзовой пяденицы (Biston betularia) в Великобритании, где в индустриальных районах стволы берёз покрыты оседающей копотью и поэтому появившиеся наряду с исходной светлокрылой формой более ста лет назад тёмные мутанты вытесняют теперь светлокрылую форму. Такой Д. можно расценивать как начало дивергенции вида. Сосуществование правозавитых и левозавитых брюхоногих моллюсков одного и того же вида также следует отнести к случаям мутационного Д.

У растений различают Д., проявляющийся во всём облике растения или только в строении отдельных органов. Первый случай наблюдается реже, например у таких двудомных растений, как Конопля. Сезонный Д. у растений выражается в наличии весенней и осенней форм (например, у марьянника). Примером группового экологического Д. может служить стрелолист, у которого экземпляры, растущие в воде на глубине более 1,5 м, имеют только лентовидные водные листья, а растущие у самой кромки воды - только стреловидные надземные. Проявляется Д. и в строении цветка, например различная длина тычинок и пестика в цветках у гречихи (Гетеростилия), язычковые и трубчатые цветки в соцветии подсолнечника и т.д. Известны примеры Д. у бактерий, дающих на одинаковой среде S- и R-кoлонии, отличающиеся очертаниями ("гладкие" и "грубые"); среди спирилл одного и того же вида имеются правозавитые и левозавитые формы и т.п. Для всех видов Д. известны случаи переходов признаков (ложный гермафродитизм, гинандроморфы, интерсексы у раздельнополых животных). К организмам, меняющим облик в течение каждого онтогенеза (гусеница и бабочка, гаметофит и спорофит папоротника и др.), термин "Д." обычно не применяют.

М. С. Гиляров.

Примеры диморфизма у животных. 1 - петух, 2 - курица; 3 - олень, самка, 4 - самец; 5 - жук-олень, самка, 6 - самец; 7 - бабочка пестрокрыльница, весенняя форма, 8 - летняя форма; 9 - березовая пяденица, нормальная форма, 10 - темная форма; 11 - азиатская саранча, стадная форма, 12 - одиночная форма.

Примеры диморфизма у животных и растений: 1 - виноградная улитка, правозакрученная, 2 - левозакрученная; 3 - стрелолист, подводна форма, 4 - надводная форма; 5 - конопля, с мужскими цветками, 6 - с женскими цветками; 7 - цветок гречихи, длиннопестичный, 8 - короткопестичный; 9 - цветок подсолнечника, язычковый, 10 - трубчатый; 11 - гидрополип (полипоидная стадия гидроидных), 12 - гидромедуза (медузоидная стадия гидроидных).