โพลีมอร์ฟิซึมคือความสามารถของสารในการดำรงอยู่ใน รูปแบบ อสัณฐาน ที่แตกต่างกันหลายแบบ คล้ายคลึงกับ โพลีมอร์ฟิ ซึมของ วัสดุ ผลึกสารอสัณฐานหลายชนิดสามารถดำรงอยู่ได้ด้วยคุณลักษณะอสัณฐานที่แตกต่างกัน (เช่น โพลิเมอร์) อย่างไรก็ตาม โพลีมอร์ฟิซึมต้องการ สถานะอสัณฐาน ที่แตกต่างกันสอง สถานะ โดยมี การเปลี่ยนเฟสที่ชัดเจนและไม่ต่อเนื่อง (อันดับแรก) ระหว่างกัน เมื่อการเปลี่ยนเฟสดังกล่าวเกิดขึ้นระหว่างสถานะของเหลวที่เสถียรสองสถานะ การเปลี่ยนเฟสโพลีมอร์ฟิกอาจเรียกว่าการเปลี่ยนเฟสของเหลว-ของเหลวได้ เช่นกัน ^{[ 3 ]}

แม้ว่าวัสดุอสัณฐานจะไม่มี การเรียงตัวของอะตอม เป็นระยะในระยะยาวแต่ก็ยังมีโครงสร้างเฉพาะที่สำคัญและหลากหลายในระดับความยาวระหว่างอะตอม (ดูโครงสร้างของของเหลวและแก้ว ) โครงสร้างเฉพาะที่แตกต่างกันสามารถสร้างเฟสอสัณฐานที่มีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกันแต่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน เช่นความหนาแน่นในหลายกรณีมีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันระหว่างสถานะอสัณฐานที่มีความหนาแน่นต่างกันสองสถานะของวัสดุเดียวกันน้ำแข็งอสัณฐานเป็นตัวอย่างที่สำคัญอย่างหนึ่ง (ดูตัวอย่างด้านล่างด้วย) ^{[ 4 ]}การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้หลายอย่าง (รวมถึงน้ำ) คาดว่าจะสิ้นสุดลงที่จุดวิกฤต ที่ สอง

ปรากฏการณ์โพลีมอร์ฟิซึมอาจใช้ได้กับสถานะอสัณฐานทั้งหมด เช่น แก้ว ของแข็งอสัณฐานอื่นๆ ของเหลวที่เย็นยิ่งยวด ของเหลวธรรมดา หรือของไหล อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของเหลว คือการเปลี่ยนสถานะที่เกิดขึ้นเฉพาะในสถานะของเหลวเท่านั้น (เส้นสีแดงในแผนภาพเฟส มุมบนขวา) ในบทความนี้ การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของเหลวถูกนิยามว่าเป็นการเปลี่ยนสถานะระหว่างของเหลวสองชนิดที่มีสารเคมีชนิดเดียวกัน ในที่อื่นๆ คำว่าการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของเหลวอาจหมายถึงการเปลี่ยนสถานะที่พบได้บ่อยกว่าระหว่างของเหลวผสมที่มีองค์ประกอบทางเคมีแตกต่างกัน

สถานะของเหลวที่เสถียรนั้นแตกต่างจากแก้วและของแข็งอสัณฐานส่วนใหญ่ตรงที่เป็นสถานะสมดุลที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ดังนั้น การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวหนึ่งไปอีกของเหลวหนึ่งหรือจากของไหลหนึ่งไปอีกของไหลหนึ่งในสถานะของเหลว (หรือของไหล) ที่เสถียรจึงวิเคราะห์ได้ง่ายกว่าการเปลี่ยนสถานะในของแข็งอสัณฐาน ซึ่งการวิเคราะห์มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากลักษณะที่ไม่สมดุลและไม่เป็นไปตามหลักเออร์โกดิกของสถานะอสัณฐาน

การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของเหลวได้รับการพิจารณาครั้งแรกโดย Rapoport ในปี 1967 เพื่ออธิบายจุดสูงสุดของเส้นโค้งการหลอมเหลวที่ความดันสูงของโลหะเหลวบางชนิด^{[ 5 ]}ทฤษฎีของ Rapoport ใช้แบบจำลองสองสถานะสำหรับของเหลวที่ประกอบด้วยเฟสของเหลวความหนาแน่นต่ำ (LDL) และเฟสของเหลวความหนาแน่นสูง (HDL) ที่อยู่ร่วมกัน เฟสเหล่านี้มีโครงสร้างเฉพาะที่คล้ายกับสถานะโพลีมอร์ฟิกของของแข็งที่ความดันต่ำและสูง^{[ 6 ]}

คำอธิบายทางกายภาพประการหนึ่งสำหรับโพลีมอร์ฟิซึมคือการมีอยู่ของศักยภาพคู่ระหว่างอะตอมแบบบ่อคู่ (ดูแผนภาพด้านล่างขวา) เป็นที่ทราบกันดีว่าจุดวิกฤตของของเหลว-แก๊สทั่วไปจะปรากฏขึ้นเมื่อศักยภาพคู่ระหว่างอะตอมมีค่าต่ำสุด ที่พลังงาน (อุณหภูมิ) ที่ต่ำกว่า อนุภาคที่ติดอยู่ในค่าต่ำสุดนี้จะควบแน่นกลายเป็นสถานะของเหลว อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงกว่า อนุภาคเหล่านี้สามารถหลุดออกจากบ่อได้ และขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างของเหลวและแก๊สจะหายไปการสร้างแบบจำลองโมเลกุลแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มบ่อที่สองทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านเพิ่มเติมระหว่างของเหลว (หรือของไหล) สองชนิดที่แตกต่างกันโดยมีจุดวิกฤตที่สอง^{[ 2 ]}

ปรากฏการณ์โพลีมอร์ฟิซึมได้รับการสังเกตจากการทดลองหรือเสนอแนะตามทฤษฎีในซิลิคอนฟอสฟอรัสเหลว ไตร ฟีนิลฟอสเฟตแมนนิทอลและสารอื่นๆ ที่สร้างเครือข่ายโมเลกุล^{[ 7 ]}

กรณีที่มีชื่อเสียงที่สุดของโพลีมอร์ฟิซึมคือน้ำแข็งอสัณฐานการอัดผลึกน้ำแข็งหกเหลี่ยมแบบดั้งเดิมให้มีความดันประมาณ 1.6 GPa ที่ อุณหภูมิ ไนโตรเจนเหลว (77 K) จะเปลี่ยนผลึกเหล่านั้นให้กลายเป็นน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นสูง เมื่อปล่อยความดัน เฟสนี้จะเสถียรและมีความหนาแน่น 1.17 g/cm³ ^ที่ 77 K และ 1 บาร์ การให้ความร้อนต่อไปจนถึง 127 K ที่ความดันบรรยากาศจะเปลี่ยนเฟสนี้ให้กลายเป็นน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นต่ำ (0.94 g/cm³ ^ที่ 1 บาร์) ^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม หากน้ำแข็งอสัณฐานที่มีความหนาแน่นสูงถูกทำให้ร้อนขึ้นถึง 165 K ไม่ใช่ที่ความดันต่ำ แต่ยังคงการบีบอัดที่ 1.6 GPa ไว้ แล้วทำให้เย็นลงกลับไปที่ 77 K ก็จะได้น้ำแข็งอสัณฐานอีกแบบหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นสูงกว่าคือ 1.25 g/cm³ ^ที่ 1 บาร์ น้ำแข็งอสัณฐานทุกรูปแบบเหล่านี้มีสเปกตรัมการสั่นของแลตติซและระยะห่างระหว่างโมเลกุลที่แตกต่างกันมาก^{[ 9 ] [ 10 ]}การเปลี่ยนเฟส ของเหลว-อสัณฐานแบบฉับพลันที่คล้ายกันนี้ถูกทำนายไว้ในซิลิคอนเหลวเมื่อถูกทำให้เย็นลงภายใต้ความดันสูง^{[ 11 ]}การสังเกตนี้อิงตาม การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ พลศาสตร์โมเลกุล ตามหลักการพื้นฐาน และอาจคาดหวังได้โดยสัญชาตญาณ เนื่องจากคาร์บอนอสัณฐานทรงสี่เหลี่ยมซิลิคอน และเจอร์มาเนียม เป็นที่ทราบกันดีว่ามีโครงสร้างคล้ายคลึงกับน้ำ^{[ 12 ]}

สารละลาย อิตเทรีย - อะลูมินาเป็นอีกระบบหนึ่งที่มีรายงานว่าแสดงปรากฏการณ์โพลีมอร์ฟิซึม มีรายงานการสังเกตการเปลี่ยนเฟสของของเหลว-ของเหลวในของเหลวที่เย็นตัวยิ่งยวด^{[ 13 ]}แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นที่ถกเถียงกันในเอกสาร^{[ 14 ]}โพลีมอร์ฟิซึมยังได้รับการรายงานในแก้วอิตเทรีย-อะลูมินาด้วย สารละลายอิตเทรีย-อะลูมินาที่ทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วจากประมาณ 1900 °C ในอัตรา ~400 °C/s สามารถก่อตัวเป็นแก้วที่มีเฟสที่สองอยู่ร่วมกันได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นสำหรับอัตราส่วน Y/Al บางค่า (ประมาณ 20–40 mol% Y ₂ O ₃ ) เฟสทั้งสองมีองค์ประกอบเฉลี่ยเหมือนกัน แต่มีความหนาแน่น โครงสร้างโมเลกุล และความแข็งที่แตกต่างกัน^{[ 15 ]}อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีการถกเถียงกันอยู่ว่าเฟสที่สองนั้นเป็นแก้วหรือผลึก^{[ 16 ]} มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นอย่างต่อเนื่องเมื่อทำให้ซิลิคอนไดออกไซด์หรือเจอร์มาเนียมไดออกไซด์ เย็นตัวลง แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นอย่างต่อเนื่องจะไม่ถือเป็นการเปลี่ยนเฟสอันดับแรก แต่ก็อาจบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนเฟสแบบฉับพลันที่เกิดขึ้นอยู่เบื้องหลัง

ปรากฏการณ์โพลีมอร์ฟิซึมยังพบได้ในสารประกอบอินทรีย์ เช่นไตรฟีนิลฟอสไฟต์ เหลว ที่อุณหภูมิระหว่าง 210 K ถึง 226 K ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}และn-บิวทานอลที่อุณหภูมิระหว่าง 120 K ถึง 140 K ^{[ 21 ] [ 22 ]}

โพลีมอร์ฟิซึมยังเป็นสาขาสำคัญในวิทยาศาสตร์เภสัชกรรมอีกด้วย รูปแบบอสัณฐานของยาโดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติการละลายในน้ำที่ดีกว่ามาก (เมื่อเทียบกับรูปแบบผลึกที่คล้ายคลึงกัน) แต่โครงสร้างเฉพาะที่จริงในยาอสัณฐานอาจแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับวิธีการที่ใช้ในการสร้างเฟสอสัณฐาน แมนนิทอลเป็นสารเภสัชกรรมตัวแรกที่มีโพลีมอร์ฟิซึม^{[ 23 ]}นอกเหนือจากเฟสอสัณฐานปกติแล้ว ยังสามารถเตรียมเฟสอสัณฐานที่สองได้ที่อุณหภูมิและความดันห้อง เฟสใหม่นี้มีพลังงานต่ำกว่า ความหนาแน่นต่ำกว่า และ อุณหภูมิ การเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว สูงกว่าอย่างมาก เนื่องจากแมนนิทอลถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสูตรยาเม็ด โพลีมอร์ฟิซึมของแมนนิทอลจึงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการออกแบบคุณสมบัติและพฤติกรรมของยาเม็ด^{[ 24 ]}