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Forstérite (Mg2SiO4), isomorphe de la fayalite (Fe2SiO4)

En chimie du solide, l'isomorphisme ou isomorphotropie est la faculté de composés différents de cristalliser avec des mailles de même symétrie et dont les paramètres sont proches, ce qui leur permet de former des cristaux mixtes. Dans le cas des minéraux, une substitution isomorphe peut concerner le remplacement d'un cation par un autre de charge différente.

La loi de l'isomorphisme fut découverte par Eilhard Mitscherlich en 1819. Ses investigations, en 1826, sur les deux formes cristallines du soufre le conduisent à constater, par analogie, que la calcite et l’aragonite ont la même formule chimique, pas la même forme cristalline, et donc qu’il s’agit de polymorphisme  : c’est le nom qu’il donne à cette propriété de certains cristaux.

L’isomorphisme est classé en quatre espèces :

  • les deux composés ont une formule chimique très proche, le même nombre d'atomes et la même valence entre atomes correspondants ;
  • les ions ont un rayon ionique proche mais une valence qui diffère d'une unité. La neutralité électrique est obtenue par remplacements couplés ;
  • la variation de la charge d'une position atomique suite au remplacement d'un ion par un autre est compensée par un deuxième remplacement mobilisant des ions de charge opposée ;
  • remplacement couplé ion - lacune.
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