समरूपता व बहुरूपता से आप क्या समझते हैं? हीरा एवं ग्रेफाइट का उदाहरण देते हुए मोनोट्रॉपी की विवेचना कीजिए।

समरूपता (Isomorphism)

समरूपता एक ऐसी घटना है जहाँ दो या दो से अधिक विभिन्न रासायनिक यौगिकों की क्रिस्टल संरचना समान होती है, जिसके कारण उनके बाहरी आकार और सममिति (symmetry) भी समान होती है। यद्यपि उनके रासायनिक संघटन भिन्न होते हैं, उनके परमाणुओं की व्यवस्था और क्रिस्टल जालक समान होते हैं। समरूपता के लिए यह आवश्यक है कि संबंधित आयनों का आकार और संयोजकता लगभग समान हो।

• उदाहरण: पोटेशियम परमैंगनेट (KMnO₄) और पोटेशियम परक्लोरेट (KClO₄) समरूप यौगिक हैं। इसी तरह, सोडियम क्लोराइड (NaCl) और पोटेशियम क्लोराइड (KCl) भी समान क्रिस्टल संरचना प्रदर्शित करते हैं।
• क्रिस्टलोग्राफिक नियम: समरूप पदार्थों में क्रिस्टल के अंतराफलकीय कोण (interfacial angles) समान होते हैं।

बहुरूपता (Polymorphism)

बहुरूपता एक ऐसी घटना है जहाँ एक ही रासायनिक यौगिक या तत्व एक से अधिक ठोस क्रिस्टल रूपों या संरचनाओं में मौजूद हो सकता है। ये विभिन्न क्रिस्टल रूप, जिन्हें बहुरूपी (polymorphs) कहा जाता है, अलग-अलग भौतिक गुण जैसे घुलनशीलता, गलनांक, घनत्व, कठोरता और ऑप्टिकल गुण प्रदर्शित करते हैं, भले ही उनकी रासायनिक संरचना समान हो।

• उदाहरण: कार्बन, गंधक, और कैल्शियम कार्बोनेट कुछ ऐसे तत्व और यौगिक हैं जो बहुरूपता प्रदर्शित करते हैं। कार्बन के बहुरूपी रूप हीरा और ग्रेफाइट हैं।
• प्रकार: बहुरूपता को मुख्य रूप से तीन प्रकारों में बांटा जा सकता है:
  • मोनोट्रॉपी (Monotropy): इसमें केवल एक ही रूप स्थिर होता है, और अन्य सभी रूप अस्थायी होते हैं। अस्थायी रूपों की प्रवृत्ति स्थायी रूप में परिवर्तित होने की होती है।
  • एनांटियोट्रॉपी (Enantiotropy): इसमें दो या दो से अधिक स्थिर रूप होते हैं जो एक निश्चित संक्रमण तापमान पर एक-दूसरे में परिवर्तित हो सकते हैं।
  • स्यूडो-मोनोट्रॉपी (Pseudo-Monotropy): यह मोनोट्रॉपी का एक विशेष मामला है जहाँ अस्थिर रूप संक्रमण तापमान के नीचे स्थिर रूप में परिवर्तित होता है।

मोनोट्रॉपी की विवेचना: हीरा एवं ग्रेफाइट का उदाहरण

मोनोट्रॉपी बहुरूपता का एक प्रकार है जहाँ एक पदार्थ के विभिन्न क्रिस्टलीय रूपों में से केवल एक ही रूप कमरे के तापमान और सामान्य दाब पर स्थिर होता है। अन्य रूप अस्थायी (metastable) होते हैं और स्वतः ही अधिक स्थिर रूप में परिवर्तित होने की प्रवृत्ति रखते हैं, यद्यपि यह प्रक्रिया धीमी हो सकती है। इस परिवर्तन के लिए बाहरी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है।

हीरा और ग्रेफाइट में मोनोट्रॉपी

कार्बन तत्व के दो सबसे प्रसिद्ध बहुरूपी रूप हीरा (Diamond) और ग्रेफाइट (Graphite) मोनोट्रॉपी का उत्कृष्ट उदाहरण प्रस्तुत करते हैं।

विशेषता	हीरा (Diamond)	ग्रेफाइट (Graphite)
रासायनिक संरचना	कार्बन (C)	कार्बन (C)
क्रिस्टल संरचना	चतुष्फलकीय (Tetrahedral), प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य कार्बन परमाणुओं से सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़ा होता है।	षट्कोणीय परतों (Hexagonal layers) में, प्रत्येक कार्बन परमाणु तीन अन्य कार्बन परमाणुओं से जुड़ा होता है।
स्थिरता	सामान्य दाब और तापमान पर अस्थिर। यह सैद्धांतिक रूप से ग्रेफाइट में परिवर्तित हो सकता है, लेकिन व्यवहार में यह प्रक्रिया अत्यंत धीमी होती है।	सामान्य दाब और तापमान पर सबसे स्थिर रूप।
घनत्व	3.51 g/cm³	2.26 g/cm³
कठोरता	सबसे कठोर ज्ञात प्राकृतिक पदार्थ (मोह्स स्केल पर 10)	नरम (मोह्स स्केल पर 1-2)
विद्युत चालकता	विद्युत का कुचालक	विद्युत का सुचालक (परतों के समानांतर)

मोनोट्रॉपी के अनुसार, कार्बन का स्थिर रूप ग्रेफाइट है। इसका अर्थ है कि कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दाब पर, ग्रेफाइट कार्बन का थर्मोडायनामिक रूप से सबसे स्थिर बहुरूपी है। हीरा, हालांकि अत्यधिक कठोर और मूल्यवान है, थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर (metastable) है और अत्यधिक उच्च दाब (लगभग 45,000 वायुमंडलीय दाब) और उच्च तापमान (लगभग 1500°C) पर बनता है। एक बार जब यह इन परिस्थितियों से बाहर आ जाता है, तो इसकी प्रवृत्ति ग्रेफाइट में परिवर्तित होने की होती है।

हालांकि, हीरे से ग्रेफाइट में यह परिवर्तन सामान्य परिस्थितियों में लगभग नगण्य दर से होता है, क्योंकि इसके लिए बहुत अधिक सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसलिए, हम अपने दैनिक जीवन में देखते हैं कि हीरा अपनी कठोरता और चमक को बनाए रखता है। यह मोनोट्रॉपी का एक आदर्श उदाहरण है, जहां एक रूप (ग्रेफाइट) स्थायी है और दूसरा (हीरा) अस्थाई है, लेकिन अस्थाई रूप का स्थायी रूप में स्वतः परिवर्तन अत्यधिक धीमा या नगण्य होता है।