بلور

بلور شکلی از ماده جامد است که در آن مولکولها اتمها و یونها با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار دارد . تکرار این آرایش منظم در سه جهت فضایی سبب بزرگتر شدن بلور می شود . نظم بیرونی بلورها بر اثر نظم درونی آنهاست. به دلیل همین نظم سطح های خارجی بلورها صاف و هموار هستند. این سطح های صاف با یکدیگر زاویه هایی می سازند که اندازه های آنها در بلورهای یک ماده همواره ثابت است . یکی از راههای تشخیص بلورها، از یکدیگر اندازه گیری زاویه بین سطحهای آنهاست . بلورها به شکلهای مکعب - منشور- هرم و چند وجهی های مختلف هستند و معمولا" سطح ها و زاویه های هر شکلی از آنها مشابه و قرینه یکدیگرند.

با نگاه کردن به ساختار داخلی بلورها ، دانشمندان امروزه می‌دانند که بلورها به این دلیل همیشه شکلهای منظم و قابل شناسایی دارند که اتمهای داخل آنها همیشه به شکل الگوهای مشخصی که شبکه نام دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. خواص یک بلور به شبکه آن بستگی دارد. به عنوان مثال، الماس به این دلیل بسیار سخت است که اتمهای آن با پیوندهای بسیار قوی به هم متصل شده‌اند و یک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از پراش پرتو-X مطالعه می‌کنند. این مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را می‌توان فقط به هفت ساختار پایه طبقه بندی کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعیین می‌شود.

تشكيل بلورها

بلورها معمولاً از حالتهاي مذاب ، بخار و محلول مواد شكل مي گيرند. در اين حالات ذكر شده اتمها نامنظم ميباشند و با تغيير درجه حرارت، فشار و يا غلظت، اتمها در آرايشي منظم به هم مربوط شده و شكل بلور را مي سازند. بعنوان مثال اگر محلول آب نمك بر اثر حرارت آب آن تبخير گردد به نقطه‌اي مي رسد كه ديگر محلول پايدار نبوده و نمك طعام جامد از محلول رسوب مي كند .اگر سرعت تبخير آب بسيار كم باشد، بلورهاي درشتي از نمك نتيجه خواهد شد ودر صورت تبخير سريع آب، بلورها ريز مي شوند. اگر ماده اي را در حلالي حل كنيم، با پائين آوردن درجه حرارت محلول فوق اشباع شده و امكان رسوب جامد پيش مي آيد. با ازدياد فشار نيز در رسيدن محلول به فوق اشباع تسريع مي شود وبه كمك اين دو عامل فا زجامد از مايع رسوب مي كند. بلور نيز ممكن است از حالت مذاب شكل بگيرد. هنگامي كه ذرات يك ماده (اتمها) در حالت مذاب آزادنه حركت مي كنند با سرد شدن، در درجه حرارتي كه نقطه انجماد ماده است اتمها در فاصله اي مشخص بطور منظم در كنار هم متوقف شده وشكل بلور ماده را به خود مي گیرند وبا سرد شدن جامد (بلور) فاصله ذرات نيز بطور يكنواخت كم مي شود. براي مثال سنگهاي آذرين ازمذاب آتشفشان ها ناشي مي شوند كه همزمان با سرد شدن مذاب مواد مختلف در آتشفشان دركنار هم جمع شده وبلورهاي مختلف را مي سازند. تشكيل بلور از فازبخار نيز ممكن است، به ترتيبي كه ذرات باسرد شدن بخاربه هم نزديك شده وبا از دست دادن انرژي داخلي فاصله بين آنها كم مي شود تا حدي كه بفاصلة موردنياز جهت تشكيل يك واحد بلوری نزديك ودردرجه حرارت مشخص ذرات بخار بلورهاي جامد مي سازند. براي مثال بلورهای برف از سرد شدن بخارات آب موجود در هوا فرم مي گيرند. تهيه بلورها بطور مصنوعي با استفاده ازسه روش بالا بسيار معمول است. يكي از طريق تهيه كريستال كوارتز-که مصر ف الكترونيكي دارد (Transducers، مبدل امواج مكانيكي به الكتريكي و برعكس)- روش هيدروترمال و رشد در محلول فوق اشباع مي باشد. با اين روش بلورهایی به طول تقريبي 25 و قطر 7 سانتيمتر مصنوعي رشد داده مي شوند. روش مذاب نيز براي تهيه و رشد كريستالهاي ژرمانيم Ge، سيليسيم Si، ياقوت و بسياري از بلورهاي ديگر كه مصرف صنعتي دارند مورد استفاده قرار مي گیرند. براي اين كار معمولاً مذاب را در بوته‌اي مهيا نموده و بلور كوچكي كه از قبل تهيه شده است به نام تخمك، مماس بر سطح مذاب قرار مي دهند. با چرخش و بالا كشيدن اين تخمك به آهستگي مذاب بدنبال تخمك منجمد مي شود. توليد بلورهاي مصنوعي با استفاده از بخار آن ماده معمول است. ب ترتيبي كه بلور بسيار ريز (تخمك) آن ماده را در كپسولي كه بخارات آن ماده وجود دارند قرار داده و نشستن بخارات به آهستگي برروي سطوح بلور ريز به طور منظم سبب رشد و بزرگ شدن بلور مي گردد. ممكن است در يك طرف كپسول جامد ماده و تخمك از آن ماده را در طرف ديگر كپسول قرار داده و مادة جامد را حرارت دهند، به ترتيبي كه تخمك حرارت نبيند و جامد بخار شده بطرف تخمك برود و سبب رشد آن گردد. به طور كلي اگر شرايط انجماد ماده‌اي به ترتيبي باشد كه اتمها فرصت آرایش گرفتن نداشته باشند، فرم حاصله نظمي نداشته و بدون شكل هندسي خواهد شد كه در اين صورت ماده آمورف (Amorphous) يا بي شكل ناميده مي شود، از قبيل شيشه‌ها كه جامد بي شكل هستند و بلوري نمي‌باشند. بايد در نظر داشت كه اين پديده ممكن است از خصوصيات خود ماده باشد و هر گونه که سرد شود، عمل بالا صورت و ماده آمورف گردد. منظور از نظم براي مواد آمورف در مقياس بزرگ مي باشد، زيرا در مقياس بسيار كوچك تجمع اتمها در كنار هم منظم بوده ولي اين نظم در مقياس بزرگ رعايت نمي شود. ساختمان مايعات نيز مشابه ساختمان مواد آمورف مي باشد. از آنجائيكه در انجماد يك ماده آمورف تغيير حالت كريستال رخ نمي دهد، لذا نقطة مشخصي بعنوان نقطة انجماد براي مواد آمورف وجود ندارد و اين مواد در سرد شدن ابتدا خميري و سپس منجمد مي گردند.

ساختمان داخلي بلورها

در تشكيل بلورها گفته شد كه اتمها در فواصلي منظم از يكديگر در شرايطي كه نيروهاي جاذبه و دافعه بين آنها برآيند صفر دارد نسبت به هم قرار مي گيرند. واحدي كه بدين ترتيب ساخته مي شود و شكلي هندسي دارد را سلول واحد مي ناميم. اين شكل به تعداد و نوع اتمهاي سازنده بستگي دارد زيرا نيروهاي جاذبه و دافعه بين اتمهاي مختلف فرق دارند. ابعاد اين اشكال هندسي حدود آنگسترم است كه با كنار هم قرار گرفتن اين سلولهای واحد، بلورهاي قابل رويت ساخته مي شود. در نتيجه سلول واحد در سه جهت بطور نامحدود معمولاً تكرار مي شود. اگر نقطه‌اي را مبداء در نظر بگيريم ملاحظه مي شود كه با تكرار اين نقطه و رعايت فواصل مساوي در سه جهت شكل كريستال ساخته مي شود. سه جهتي كه به آن اشاره شد ميتوانند سه جهت متعامد و يا سه جهت با زواياي مختلف نسبت به هم باشند كه معمولاً با زواياي ، و مشخص مي شوند. فواصل نيز مي توانند در سه جهت سه مقدار مختلف باشند كه هر كدام در يك جهت تكرار شوند (منظور از رعايت فواصل مساوي كه در بالا گفته شد همين عبارت است). اين فواصل و زوايا را ( a، b،c و Alpha،Beta،Gama) ثابت‌هاي شبكه مي نامند. اولين شكل هندسي فضائي كه با انتقال مكرر مبداء در سه جهت درست مي شود و كوچكترين واحد است را سلول واحد (Unit Cell) مي نامند. منظور از انتقال مكرر، براي مثال، رسيدن به يك شكل مكعبي از انتقال يك نقطه و رسيدن به هشت كنج مكعب است.

بلور شکلی از ماده جامد است که در آن مولکولها ٬ اتمها و یونها با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار دارد . تکرار این آرایش منظم در سه جهت فضایی سبب بزرگتر شدن بلور می شود . نظم بیرونی بلورها ٬ بر اثر نظم درونی آنهاست. بدلیل همین نظم ٬ سطحهای خارجی بلورها صاف و هموار هستند . این سطحهای صاف با یکدیگر زاویه هایی می سازند که اندازه های آنها در بلورهای یک ماده همواره ثابت است . یکی از راههای تشخیص بلورها ٬ از یکدیگر اندازه گیری زاویه بین سطحهای آنهاست . بلورها به شکلهای مکعب ٬ منشور ٬ هرم و چند وجهی های مختلف هستند و معمولا" سطحها و زاویه های هر شکلی از آنها مشابه و قرینه یکدیگرند.

تبلور

بلورها بر اثر تغییر فشار و دما در محلولها ٬ مواد مذاب ٬ مواد جامد و بخار بوجود می آید . مثلا" بر اثر کاهش دما بلورهای برف ٬ از ابر و بلورهای نمک طعام از آب شور دریاچه های نمکی جدا می شوند . غلظت آب این دریاچه های شور ٬ بر اثر تبخیر یا کاهش دما ٬ به حالت اشباع و فوق اشباع در می آید و بلورهای نمک از آن جدا می شود . بلورهای تشکیل دهنده سنگهای آذرین از سرد شدن ماگما ( سنگهای ذوب شده درون زمین ) به وجود می آیند . بلورهای سنگهای دگرگونی مانند سنگ مرمر از تاثیر دما و فشار زیاد بر سنگهای دیگر شکل می گیرند . به فرآیند تشکیل بلورها تبلور گفته می شود .
هنگامی که دما یافشار تغییر می کند و یا تبخیر روی می دهد و شرایط مناسب تبلور ایجاد می شود ٬ اتمهای مواد به یکدیگر می پیوندند . این اتمها معمولا" در اطراف ذرات موجود در محیط جمع می شوند . این ذرات هسته تبلور نامیده می شوند . هسته تبلور از ذرات ناخالص یا بلورهای خرد شده یک ماده تشکیل می شود . گاهی نیز شماری از اتمهای ماده اصلی کنار هم قرار می گیرند و هسته تبلور را می سازند . اتمهای دیگر نیز به تدریج در اطراف این هسته جمع می شوند و با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار می گیرند . کوچکترین واحد ساختاری منظم هر بلور را سلول اولیه آن بلور می نامند .

دستگاههای بلورشاختی

در طبیعت شکل سلول اولیه در بلور کانیهای مختلف تفاوت دارد . به طور کلی شش نوع سلول اولیه در نتیجه شش نوع بلور کانی وجود دارد . هر یک از این شش نوع بلور متعلق به یک دستگاه بلور شناختی است . دستگاههای بلور شناختی عبارتند از (مکعبی ٬مربعی ٬راست لوزی ٬تک شیب ٬سه شیب ٬. شش وجهی .
در دستگاه مکعبی هر سه محور ( سه جهت فضایی ) یا هم مساوی و بر هم عمود هستند مانند بلورهای نمک طعام و سولفید آهن .

دستگاه مربعی

:فقط دو محور با هم مساوی هستند اما اندازه محور سوم با آنها یکی نیست . این سه محور نیز بر هم عمود هستند . در این دستگاه ساده ترین بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهای اکسید قلع و اکسید تیتان .

دستگاه راست لوزی

:محورها نا مساوی اما بر یکدیگر عمود هستند . ساده ترین بلور در این دستگاه منشوری است که قاعده آن به شکل لوزی یا مستطیل است . مانند بلورهای گوگرد و کربنات کلسیم .

دستگاه تک شیب

:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهای میکا٬ تالک و گچ آبدار.

دستگاه سه شیب

:سه محور نابرابرند و هیچیک بر هم عمود نیستند . در بلور ساده سه شیب همه وجه ها متوازی الاضلاع هستند . مانند بلورهای گروهی از فلدسپاتها .

دستگاه شش وجهی

:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . این سه محور در یک صفحه قرار دارندو با هم زاویه ١٢٠ درجه می سازند . محور چهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهای کوارتز .

در هر یک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هایی تقسیم
می کنند . در شش دستگاه بلور شناختی ٣٢ رده بلوری تشخیص داده شده است .
هنگام تشکیل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرایط مناسب وجود داشته باشد بلورهای درشتی بوجود می آیند . این بلورها را بصورت تک بلور می توان مشاهده و بررسی کرد و رده و دستگاه بلور شناختی آنها را مشخص کرد . اگر شرایط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه های کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده های ریز تشکیل می شوند . گاهی بلورها به قدری ریزهستند که نمی توان آنها را با چشم دید و برای مطالعه آنهاازذره بین ٬
میکروسکوپهای نوری و الکترونی و اشعه ایکس استفاده می شود .