تعدد الأشكال

درس رابوبورت التحولات بين السوائل لأول مرة عام 1967 لتفسير ذروة منحنى الانصهار عند الضغط العالي لبعض المعادن السائلة. ^{[ 5 ]} تستند نظرية رابوبورت إلى نموذج ثنائي الحالة للسوائل يتكون من طورين متعايشين: سائل منخفض الكثافة (LDL) وسائل عالي الكثافة (HDL). تتميز هذه الأطوار ببنية محلية تُشبه حالتيها الصلبة متعددة الأشكال عند الضغط المنخفض والعالي. ^{[ 6 ]}

أحد التفسيرات الفيزيائية لتعدد الأشكال البلورية هو وجود بئر جهد مزدوج بين أزواج الذرات (انظر الرسم البياني في أسفل اليمين). من المعروف أن النقطة الحرجة العادية بين السائل والغاز تظهر عندما يحتوي جهد أزواج الذرات على حد أدنى. عند الطاقات (درجات الحرارة) المنخفضة، تتكثف الجسيمات المحصورة في هذا الحد الأدنى إلى الحالة السائلة. أما عند درجات الحرارة المرتفعة، فيمكن لهذه الجسيمات أن تفلت من البئر، ويختفي التمييز الواضح بين السائل والغاز. وقد أظهرت النمذجة الجزيئية أن إضافة بئر جهد ثانٍ ينتج عنه انتقال إضافي بين سائلين (أو مائعين) مختلفين مع نقطة حرجة ثانية. ^{[ 2 ]}

أشهر مثال على تعدد الأشكال البلورية هو الجليد غير المتبلور . يؤدي ضغط بلورات الجليد السداسية التقليدية إلى حوالي 1.6 جيجا باسكال عند درجة حرارة النيتروجين السائل (77 كلفن) إلى تحويلها إلى جليد غير متبلور عالي الكثافة. عند تخفيف الضغط، يكون هذا الطور مستقرًا وتبلغ كثافته 1.17 جم/سم³ ^عند 77 كلفن وضغط 1 بار. يؤدي التسخين اللاحق إلى 127 كلفن عند الضغط الجوي إلى تحويل هذا الطور إلى جليد غير متبلور منخفض الكثافة (0.94 جم/سم³ ^عند ضغط 1 بار). ^{[ 8 ]} مع ذلك، إذا تم تسخين الجليد غير المتبلور عالي الكثافة إلى 165 كلفن ليس عند ضغوط منخفضة ولكن مع الحفاظ على ضغط 1.6 جيجا باسكال، ثم تبريده مرة أخرى إلى 77 كلفن، فسيتم إنتاج جليد غير متبلور آخر، بكثافة أعلى تبلغ 1.25 جم/سم³ ^عند ضغط 1 بار. تتميز جميع هذه الأشكال غير المتبلورة بأطياف اهتزازية شبكية ومسافات بين جزيئية مختلفة تمامًا. ^{[ 9 ] [ 10 ]} ومن المتوقع حدوث تحول طوري مفاجئ مماثل من الحالة السائلة إلى الحالة غير المتبلورة في السيليكون السائل عند تبريده تحت ضغوط عالية. ^{[ 11 ]} تستند هذه الملاحظة إلى محاكاة حاسوبية لديناميكيات الجزيئات من المبادئ الأولى ، ويمكن توقعها بديهيًا نظرًا لأن الكربون والسيليكون والجرمانيوم رباعي الأوجه غير المتبلورة معروفة بتشابهها البنيوي مع الماء. ^{[ 12 ]}

تُعدّ مصهورات الإيتريا - الألومينا نظامًا آخر يُظهر خاصية تعدد الأشكال. وقد أُبلغ عن رصد انتقال طوري سائل-سائل في السائل فائق التبريد. ^{[ 13 ]} على الرغم من وجود خلاف حول هذا الأمر في الأدبيات العلمية. ^{[ 14 ]} كما أُبلغ عن تعدد الأشكال في زجاج الإيتريا-الألومينا. إذ يمكن لمصهورات الإيتريا-الألومينا المبردة فجأة من حوالي 1900  درجة مئوية بمعدل 400  درجة مئوية/ثانية تقريبًا، أن تُشكّل زجاجًا يحتوي على طور ثانٍ مصاحب. ويحدث هذا عند نسب معينة من Y/Al (حوالي 20-40  مول% Y₂O₃ ₎ . يتشابه الطوران في متوسط ​​التركيب، لكنهما يختلفان في الكثافة والبنية الجزيئية والصلابة. ^{[ 15 ]} _{ومع ذلك ،} لا يزال الجدل قائمًا حول ما إذا كان الطور الثاني زجاجيًا أم بلوريًا. ^{[ 16 ]} وقد لوحظت تغيرات مستمرة في الكثافة عند تبريد ثاني أكسيد السيليكون أو ثاني أكسيد الجرمانيوم . على الرغم من أن التغيرات المستمرة في الكثافة لا تشكل انتقالًا من الدرجة الأولى، إلا أنها قد تكون مؤشرًا على انتقال مفاجئ كامن.

وقد لوحظت ظاهرة تعدد الأشكال أيضًا في المركبات العضوية، مثل فوسفيت ثلاثي الفينيل السائل عند درجات حرارة تتراوح بين 210 كلفن و226 ​​كلفن ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} و ن -بيوتانول عند درجات حرارة تتراوح بين 120 كلفن و140 كلفن. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

يُعدّ التعدد الشكلي مجالًا هامًا في العلوم الصيدلانية. يتميز الشكل غير المتبلور للدواء عادةً بذوبانية مائية أفضل بكثير (مقارنةً بالشكل البلوري المماثل)، ولكن قد يختلف التركيب الموضعي الفعلي في المادة الصيدلانية غير المتبلورة، وذلك تبعًا للطريقة المستخدمة في تكوين الطور غير المتبلور. يُعدّ المانيتول أول مادة صيدلانية تتميز بالتعدد الشكلي. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى الطور غير المتبلور المعتاد، يمكن تحضير طور غير متبلور ثانٍ في درجة حرارة وضغط الغرفة. يتميز هذا الطور الجديد بطاقة وكثافة أقل بكثير، ودرجة حرارة انتقال زجاجي أعلى . نظرًا لاستخدام المانيتول على نطاق واسع في تركيبات الأقراص الصيدلانية، فإن تعدد أشكاله يوفر أداة فعالة لهندسة خصائص وسلوك الأقراص. ^{[ 24 ]}