Изомерия в производстве, явление, заключающееся в том, что несколько соединений с одинаковым мол, весом и тождественных по составу, т.е, отвечающих одной и той же эмпирич, ф-ле, обладают различными химич..и физич, свойствами; подобные соединения назьшаются изомерными или изомерами, В области органич. химии явление И. встречается чрезвычайно часто и является главной причиной исключительного многообразия органич. соединений. В минеральной химии, наоборот, И. наблюдается только как редкое исключение.

Явления И. находят объяснение в теории химич. строения. Согласно последней свойства индивидуальных соединений зависят не только от природы атомов, составляющих молекулу данного соединения, и от их числовых соотношений, но в значительной степени и от порядка распределения связей между этими атомаиш.

Порядок взаимного сцепления атомов в веществе (его строение, или структура) м. б. выражен посредством определен, условных обозначений, так назыв. структурных ф-л. С этой точки зрения изомерами назьшают такие соединения, к-рые при одной и той же эмпирич. формуле обладают различным строением. Так, напр., соединение состава С4Н10, бутан, может существовать в двух изомерных формах, к-рым соответствует строение:

норм, бутан

СН сн,.

изобутан

С возрастанием числа углеродных атомов увеличивается и число возможных изомеров: для пентана, CgHja, возможны три изомера, для гексана, CeHi4,-пять, для гептана, СуНи,-девять, для октана, CgHig,-восемнадцать и т. д. Подобные изомерные соединения, отличающиеся друг от друга порядком распределения связей между углеродными атомами, составляющими цепи (или циклы в циклич. соединениях), характеризуют собою И. скелет а. Для И. места или п о-л о ж е н и я типичны те случаи, кот да несколько соединений отличаются друг от друга только положением заместителей (атомов или атомных группировок) при одинаковом строении углеродных цепей или циклов. При-

мером этого вида изомерии могут служить гидроксильные производные бутана

СН,- СН,-СНа-СН,ОН и СН,-СН-СНг-СН,

первичный норм, бутиловый алкоголь

вторичный норм, бутиловый алкоголь

или бромпроизводные толуола

сн, I

сн, I

\/ I

пара-

бромтолуол

Возможность смешанной И. (скелета и положения) увеличивает число изомеров, еще более возрастающее при наличии в молекуле многовалентных элементов. Так, для соединений, отвечающих ф-ле С4Н10О, кроме двух вьппеприведенных бутиловых алкоголей, существуют еще пять изомеров:

сн,.

>С-сн, ;

сн./ I он

третичньй

сн, сн.

pCH-CHj-OH;

первичный изо-

бутиловый алкоголь СН, О сн, сн, сн,; СН, СН, О СН, СН,; метилпропиловый диэтиловый

CH.v

эфир

>сн-о-сн,.

метилизопррпило-вый эфир

Эти виды и. связаны с существованием устойчивых необратимьгх изомерных соединений; превращение одного изомера в другой может происходить лишь в результате сложных химич. процессов и не всегда осуществимо. Вместэ с этим существует особый тип динамической И., когда изомерные формы находятся в состоянии подвижного равновесия (см. Таутомерия). Примером этого вида И. является, напр., кето-энольная И. ацетоуксусного эфира:

сн,.со-сн,.соос,н, сн, - с/

CH-COOCHs кето-форма энольная форма

Причиной И. может служить не только различие в порядке сцепленид атомов, со-

ставляющих данную молекулу, но и нек-рые различия в пространственном расположении этих атомов относительно друг друга. Это различное распределение атомов в пространстве-или, как говорят, различная конфигурация-обусловливает существование особого вида И. - стереоизомерии (см. Стереохимия).

Лит.: Чичибабин А., Основные начала органической химии, М.-Л.. 1925; Meyer V.u. Ja-cobsen P., Lehrbuch d. organischen Chemie, B. 1-2, в.-Lpz., 1922-24. C. Медведев.

ИЗОМОРФИЗМ, явление, заключающееся в том, что разные твердые кристаллические вещества неодинакового (но, в известной степени, аналогичного) химич. состава кристаллизуются в одинаковой кристаллогра-фич. системе и в одинаковом кристаллогра-фич. классе. И. был установлен впервые Мит-черлихом (в 1820 г.)на примере фосфорнокислых и мышьяковокислых солей. Близкая кристаллич. структура изоморфных соединений находит себе выражение в том факте, что кристаллы одного из изоморфных друг другу веществ, будучи погружены в насыщенный раствор другого изоморфного вещества, могут обрастать с поверхности слоем этого вещества, а также и в том, что изоморфные друг другу вещества могут выкристаллизоваться из смешанного раствора в виде общих кристаллов; такие кристаллы содержат оба вещества в непостоянном количественном отношении, зависящем от количественного соотношения изоморфных веществ в растворе.

KMnOi и KCIO4 выкристаллизовываются из раствора обоих веществ в виде общих кристаллов ромбической системы. Сернокислые соли многих двувалентных металлов кристаллизуются с семью частицами кристаллизационной воды в виде смешанных кристаллов и образуют, как говорят, изоморфный ряд купоросов: ZnSOj ТНаО; NiSOi MgSOi-THaO и т. д. То обстоятельство, что изоморфные вещества выкристаллизовываются в виде общих кристаллов смешанного состава, несомненно свидетельствует о какой-то общности в химизме их строения, и в изоморфные ряды б. ч. попадают элементы, близкие по свойствам, хотя иногда в одинаковые изоморфные ряды приходится относить, казалось бы, и совсем несходные друг с другом элементы.

Как показал Гримм, И. находится в следующей зависимости от атомных радиусов элементов в состоянии их ионов. 1) При одинаковом строении ионов условия И. определяются последовательностью в величинах радиусов ионов. Эта разница уменьшается в таблице слева, направо по мере возрастания величины положительной валентности. Вместе с этим уменьшается и влияние этой разницы на условия И. 2) Различие в строении ионов гелиевой и неоновой конфигурации, очевидно, обусловливает отсутствие И. соответственных элементов. 3) Сущность химич. сходства или химич. родства элементов изоморфных рядов состоит у ионов с одинаковой наружной электронной оболочкой

Смесимость изоморфных соединений элементов (по Вульфу).

Строение атомов типа

Не . . . Ne . . Аг . . . Кг . . . Хе . . . Аг . . . Хе . . .

Заря д-в алентность

Se Fe S

-1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7

Br J CI

Ll Na

Cs К Cs

Ba Ca Ba

La Sc La

zr Ce Ti Ce

N P V

Та V Та

Примечания

Эти элементы или вовсе не замещают стоящие под ними или же замещают при высокой f, при высоком значении валентности или в крупных молекулах

Стоящие друг под другом элементы принадлежат к изоморфным рядам

Стоящие друг под другом элементы представляют конечные члены изоморфных рядов

Пояснение з н а к о в: = смесимость не установлена; - смесимость лишь при высокой темп-ре; ... установлены следы смесимости; i установлена полная смесимость или разрывы в смесимости неизвестны; I смесимость значительная, есть разрывы в смесимости; ; смесимость мала, с большими разрывами; отсутствие знаков указывает на отсутствие данных в литературе.

И.-явление, весьма распространенное в химии земной коры; многие минералы представляют собою изоморфные смеси (см. Твердые растворы) аналогичнн>1х по химическому строению соединений различных элементов. Величина кристаллографич, констант кристаллов таких изоморфных смесей (например величина углов граней) имеет значение промежуточное по сравнению с величинами соответствующих констант отдельных входящих в изоморфную смесь соединений и колеблется в зависимости от того, какой из их ингредиентов содержится в смеси в большем количестве. Так, например,

в близости ионных радиусов. Согласно исследованиям Ретгерса, изоморфные вещества смешиваются без изменения объема, т. е. объем изоморфной смеси равен сумме объемов смешиваемых кристаллов: v = Vi + Vz. Если обозначить через s, Si и Sg удельные объемы изоморфной смеси и ее комзЛнен-тов, а через Р и (100 -Р) %-ное содеряса-т ние ингредиентов, то

= i + Bo(2-5i). Приняв за d, и -уд. в. смеси и ее составных частей, имеем для изоморфной смеси: d (Рг + fa) = djVi + 22;

ИЗОПЕРИМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

а так как Vi + = ЮО то получаем

Известковый шпат CaCOs Магнезит MgCO Горький шпат

(Са. AIg)COa Железный шпат FeCO Марганцовый шпат

МпСО,

Цинковый шпат ZnCO,

(Витерит ВаСО. Стронцианит SrCOs Арагонит СаСО, Белая свинцовая руда РЬСО,

Это ур-ие Ретгерса определяет линейную зависимость между удельным весом и объем-ньш составом смеси.

Ниже приведены примеры нек-рых изоморфных друг другу минералов.

/Апатит CasPsO.jCl

Пироморфит PbsPaOijCl

Миметезит PbsAssOuCl Кампилит PbsCAs, Р)зО laC 1 Гецифан

(Pb,Ca)5(As,P)50i2Cl Эндлихит Pbe(As, V),OisCl Ванадинит PbjVsOuCl

(Тяжелый шпат BaSO, Целестин SrSO, Ангидрит CaSO, Свинцовый купорос PbSO.

В приведенной выше таблице сопоставлены взаимоотношения химических элементов с точки зрения строения их атомов и способности образовывать изоморфные ряды.

Исследование изоморфных смесей при по-мош;и рентгеновских лучей доказало, что кристаллы изоморфных смесей совершенно однородны и отдельные сходные атомы изоморфных соединений занимают вполне закономерное положение в общей структуре кристаллич. решетки.

Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, 9 издание, т. 1-2, Москва-Ленинград, 1927-28; ВернадскийВ. И., Минералогия, вып. 1, Петербург, 1910. Б. Беркеигейи.

ИЗОПЕРИМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, задачи вариационного исчисления (см.), общая формулировка к-рых следующая: среди всех кривых y-f(x), проходящих через точки

(Хо, Уо), ( 1, Уд, ДЛЯ к-рых / Ф(ж, у, у) dx=l

(Ф-данная ф-ия, I-данное число), найти

такую, для которой JF(x, у, y)dx имеет

экстремум (F-данная ф-ия). Простейшая И. 3. состоит в следующем: найти из всех кривых данной длины такую, которая ограничивает наибольшую площадь. Этой кривой оказьшается окружность. Данная задача м. б. решена как методом вариационного * исчисления, так и элементарными методами.

ИЗОСТАЗИЯ, геофизич. теория строения земной коры, возникшая для объяснения отклонений отвеса и аномалий силы тяжести, наблюдаемых при геодезич. измерениях. Теория И. сводится к тому, что масса вещества во всех вертикальных столбцах одинакового сечения, вырезанных в земной коре, величина постоянная. Поэтому давление на нижнюю поверхность АВ (фиг. 1) во всех столбцах одинаково, и каждый отдельный столбец находится в состоянии равновесия. Принимается, что плотность вещества в пределах одного столбца одинакова во всех его точках и обратно пропорциональна общей высоте данного столбца. Вследствие этого плотность земной коры под горами меньше, чем под низкими местами и, в особенности, чем под дном океанов. Иньши словами, видимые массы гор компенсируются соответствуюпщм недостатком масс (из-за уменьшения плотности) в лежащих под горами частях-земной

коры. Этим объясняется, почему наблюдаемые отклонения отвеса, а также аномалии силы тяжести обычно бывают гораздо меньше, чем следовало бы ожидать на основании видимых возмущаюпщх масс, возвышающихся над уровнем моря.

Ниже поверхности АВ, называемой п о-верхностью И. (т. е. равного дав.че-ния), расположены правильные, невозмущенные слои, находящиеся в пластическ. состоянии (магма). Отдельные участки земной коры можно рассматривать как плавающие на магме, при чем каждый столбец вытесняет, по закону Архимеда, равное ему по весу количество магмы. Плотность д столбцов определяется формулой d(T+h) = Const, где Т- глубина поверхности И. и h-высота верхнего основания столбца (физич. поверхности земли) над уровнем моря. Для точки земной коры под океаном величину h надо брать отрицательной и равной глубине океана.

Фиг. 1.

в этом случае нужно в левой части формулы прибавить давление столба воды, равное 1,03 h, где числовой коэффициент есть плотность морской воды.

Для вычисления влияния изостатически построенной земной коры на направление отвеса или силу тяжести всю земную поверхность разбивают на ряд концентрич. колец постепенно возрастающей ширины, имеющих центр в исследуемой точке (в работах Гейфорда число таких колец равно 33). Каждое кольцо подразделяется радиусами еще на ряд секторов (до 28). По топографич. карте определяют среднюю высоту h каждого кольцевого сектора и, задаваясь некоторой глубиной Т поверхности И., рассчитьшаюг по данной ф-ле плотность соответствующих столбцов. Затем вычисл5пот притяжение каждого столбца на данную точку, при чем горизонтальная слагающая дает отклонение отвеса, а вертикальная-влияние на силу тяжести. Суммируя притяжение всех столбцов, получают т. н. изостатическую редукцию. Для облегчения вьгаислений служат специальные таблицы (Гейфорда, Бонн, Мейснера). Глубину Т путем проб подбирают таким образом, чтобы дать наилучшее согласие между наблюденными отклонениями отвеса или аномалиями силы тяжести и вычисленными.

Наряду с изложенной теорией, называемой теорией Пратта, существует другая гипотеза, предложенная Эри (Airy). По Эри, земная кора имеет всюду одинаковую плотность (обычно принимается 2,67), меньшую плотности магмы, на к-рой кора плавает. Каждый отдельный столбец коры тоже находится в состоянии равновесия, погружаясь в магму на глубину, пропорциональную его общей высоте. Под высокими горами глубина эта больше, чем под дном морей (фиг. 2).