Polymorphisme (chimie)
En chimie le polymorphisme est le phénomène suite auquel une substance cristallise dans plusieurs structures différentes. Lorsque la substance est formée d'un seul élément le terme allotropie est utilisé de préference.
Normalement, chacune des structures polymorphes existe dans une région bien définie de température et pression (son « champ de stabilité »). Hors de cette région, elle se transforme en une structure différente par transition de phase. La transition peut se produire avec rupture et formation de liaisons chimiques (transition reconstructive) ou par simple déformation (transition displacive). Les transitions reconstructives ont besoin d'énergie pour se produire : si le changement des conditions physiques (température, pression) est abrupt, la phase d'origine peut garder sa structure hors de son champ de stabilité : on parle de région métastable. La structure tend à se transformer en celle plus stable, mais le temps de transformation peut être important, éventuellement infini.
Parfois, une structure n'a pas de champ de stabilité : on parle alors de phase métastable ; elle se produit seulement comme phase intermédiaire entre deux autres phases, souvent une métastable et l'autre stable.
En revanche, les transitions displacives se produisent suite à une simple déformation de la structure : il n'est donc pas possible de figer la structure d’origine hors de son champ de stabilité. Par exemple, la transformation de quartz β à quartz α se produit suite à une simple rotation des tétraèdres [SiO4]4- qui partagent leurs sommets, sans aucune rupture de liaison chimique. Il n'y donc pas de région métastable pour le quartz β, qui n’existe pas en conditions ambiantes.
Polytypisme
Un cas particulier de polymorphisme est celui du polytypisme, où les différentes structures sont formées par empilement d'un module (dans la plupart des cases une couche ou un feuillet) de structure et composition (presque) identique. Les polytypes différent par le mode d'empilement (translation et / ou rotation) du module le long d'une direction : les deux paramètres de maille dans le plan du module sont communs à tous polytypes, alors que le troisième diffère.
