ساختار بلوری

ساختار بلوری (کریستالی) به ساختار و جهت‌گیری اتم‌ها، یون‌ها، یا مولکول‌های داخل بلور جامد یا مایع گفته می‌شود. کاربرد این اصطلاح در علم بلورشناسی و کانی‌شناسی است. ساختار به شدت مرتب بلورها از طبیعت به متقارن اجزاء تشکیل دهنده آن نشات می‌گیرد.

ساختار (کریستالی) بلوری را می‌توان مجموعه‌ای از جعبه‌های کوچک در نظر گرفت که تا بی‌نهایت تکرار می‌شوند. این جعبه‌ها یا اجزاء واحد، کوچکترین واحد حجمی هستند که همه اطلاعات ساختار و تقارن برای تشکیل ساختار ماکروسکوپی بلور را در خود دارد.

الگوهای ساختار بلوری (کریستالی) از یک نقطه بلور، آغاز می‌شوند در سه جهت تکرار می‌شوند. طول لبه سلول منفرد و زاویه لبه آن پارامترهای بلور هستند.

ساختار بلوری (کریستالی) نقشی اساسی در بسیار از خواص فیزیکی ایفا می‌کنند. از جمله این نقش‌ها می‌توان به رخ، نوارهای الکترونی، و شفافیت بصری اشاره نمود.[1]

بلوری شدن

بلوری شدن یا تَبَلوُر (به انگلیسی: Crystallization) فرایندی است که طی آن یک بلور جامد از یک محلول، بخار یا مذاب ماده‌ای ایجاد می‌شود. تولید بلور در جداسازی و تولید بسیاری از مواد شیمیایی در صنایع گوناگون کاربرد دارد. بلور یک ماده عبارتست از جهت‌یافتگی ذره‌ای و آرایش مولکولی و تثبیت این نظم در ماده.

معمولاً کانی‌ها به صورت اشکال منظم هندسی متبلور می‌شوند که به آن‌ها بلور می‌گویند. بلور را می‌توان به عنوان جسمی که دارای ساختمان اتمی منظم است، تعریف کرد. هرگاه بلور را به‌طور مداوم به قطعات کوچک تقسیم کنیم‏، به جایی می‌رسیم که دیگر قابل تقسیم کردن نیست. این جز کوچک غیرقابل تقسیم، معمولاً دارای شکل هندسی منظم است که اتم‌های تشکیل دهنده بلور در رئوس، مراکز سطوح، وسط یال‌ها یا مرکز آن قرار دارند و به نام واحد بلور یا سلول اولیه خوانده می‌شود.

هر جسم متبلور از پهلوی هم قرار گرفتن تعداد زیادی سلول اولیه تشکیل شده‌است که به نام شبکه بلور نامیده می‌شود. بسته به عناصر قرینه‌ای که در سلول اولیه وجود دارد، اجسام متبلور را به ۷ سامانه شامل دستگاه مکعبی، تتراگونال، تری گونال، هگزا گونال، ارتورومبیک، مونوکلینیک و تری کلینیک تقسیم می‌کنند.

فرآیند بلوری شدن: برای اینکه یک بلور بتواند تشکیل گردد، باید در وهله اول هسته آن بسته شود، پس از تشکیل، هسته آغاز به نمو می‌کند تا بالاخره بلوری که به وسیلهٔ سطوح احاطه شده‌است، به وجود آید. هسته‌هایی بلور عبارتند از بلورهای ریزی با قطر تقریبی ۴۰ تا ۱۸۰ آنگستروم که به‌طور ناگهانی در بخارات و مایعات اشباع شده یا مواد مذاب سرد شده تشکیل می‌شوند. در اجسام جامد، تشکیل بلور نقش مهمی را بازی می‌کند. برای نمونه، تشکیل بلور که در اثر واکنش‌های شیمیایی یا نارسائی‌های گرمایی در شیشه ایجاد می‌شود باعث از بین رفتن شفافیت شیشه خواهد شد.

شیوه‌های تبدیل

تبلور معمولاً در موقع تبدیل یک حالت فیزیکی به حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجام می‌شود:

تبدیل حالت مایع به جامد

این نوع تبلور به دو صورت انجماد مواد مذاب و تبلور مواد محلول انجام می‌گیرد:

انجماد مواد مذاب

اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود، اتم‌ها یا مولکول‌ها با هر موقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌شود. در این صورت جسمی جامد و ایزوتوپ بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. اگر سرد شدن با آرامی و کند انجام شود اتم‌ها و مولکول‌ها با توجه به نیروی جاذبه خود و پیروی از شبکه تبلور، کنار هم چیده شده و نطفه بلور را تشکیل می‌دهند. سپس در نتیجه اتصال دیگر مولکول‌های منزوی و معلق در ماده مذاب به نطفه بلور، حجم آن افزایش می‌یابد تا اینکه به بلوری درشت تبدیل می‌شود.

بلوری شدن مواد محلول

در این نوع بلوری شدن باید محلول به حالت فوق اشباع باشد. در چنین محلول‌هایی بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. این بلورها ابتدا به صورت نطفه‌های متحرک هستند، علت تحرک آن‌ها حرکات قبلی یون‌ها و مولکول‌های سازنده آن‌ها است. در محلول‌ها نیز مانند انجماد مواد مذاب، رشد بلورها از طریق اتصال منظم یونها، اتم‌ها و مولکول‌های معلق در محلول به نطفه‌های بلور صورت می‌گیرد.

بلوری شدن در هنگام چگالش

در این حالت از بلوری شدن، بلورها مستقیماً از تبدیل بخار به جامد بدست می‌آیند. این بلورها معمولاً کوچک و دارای طرح اولیه هستند که اصطلاحاً اسکلت بلور گفته می‌شود. در طبیعت، چگالش (تبدیل شدن گاز یا بخار به جامد) در گازهای خشک آتشفشانی دیده می‌شود. در این حالت مواد گازی آتشفشانی در شکاف‌های توده آذرین مستقیماً به بلور تبدیل می‌شوند. نمونه بسیار روشن برای پدیده چگالش، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخار آب اتاق‌ها بر روی شیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان است.

بلوری شدن مواد جامد

حالت سوم بلوری شدن که خوب شناخته نشده و در طبیعت فراوان دیده می‌شود، تبلور در محیط جامد است. در این حالت رشد بلورها بخرج بلورهای کوچکتر و تحت تأثیر فشار و گرما و در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد. برای نمونه، امروزه سنگ‌های شیشه‌ای آتشفشانی خیلی قدیمی را متبلور می‌بینیم؛ بنابراین آشکار می‌شود که این‌گونه سنگ‌ها به تدریج در طول زمان متبلور شده‌اند. سنگ‌های آهکی دانه ریز که از بلورهای ریز کربنات کلسیم تشکیل شده‌اند، تحت تأثیر عوامل دگرگونی (فشار و گرما) به مرمر که دارای بلورهای دانه درشت کلسیت است، تبدیل می‌شود.

طبقه‌بندی
ساختار بلوری شبکهٔ بلور
سه‌شیب (تریکلینیک)
تک‌شیب (منوکلینیک) ساده مرکزپر
راست‌لوزی (ارترمبیک) ساده قاعدهٔ مرکزپر مرکزپر وجوه مرکزپر
چهارگوشه (تتراگونال) ساده مرکزپر
لوزی‌پهلو (رمبوهدرال)
شش‌گوشه (هگزاگونال)(HCP)
مکعبی ساده(SC) مرکزپر(BCC) وجوه مرکزپر(FCC)

نگارخانه
  • ساختار مکعبی ساده
  • ساختار مکعبی مرکز-بدنی
  • ساختار مکعبی مرکز وجهی

جهت بلوری

به جهت‌گیری سامانه مختصات هر کریستالیت (دانه) در یک مجموعه چند بلوری، جهت بلوری آن دانه گفته می‌شود. در یک مجموعه چند بلوری سامانه مختصات هر دانه ممکن است یک جهت‌گیری اتفاقی نسبت به دیگر دانه‌ها داشته باشد یا اینکه سامانه مختصات همه دانه‌ها منطبق برهم باشد که در این صورت گفته می‌شود ساختار، دارای جهت‌گیری ترجیحی یا بافت است. با تغییر جهت بلور می‌توان اطلاعاتی دربارهٔ خصوصیت اندازه‌گیری شده (مقاومت تسلیم، مقاومت الکتریکی، میزان خوردگی) بر حسب تابعی از جهت‌گیری بلور به دست آورد.[2]

روش‌های تعیین جهت‌گیری تک بلورها

روش لاوه

در طرح لاوه، یک تک‌بلور، مجموعه‌ای از نقاط پراشی بر روی فیلم را در بر می‌گیرد و مواضع این نقاط به جهت‌گیری بلور وابسته‌است.[2]

پس تاب لاوه

روش پس تاب، کاربرد گسترده‌تری دارد. زیرا به آماده‌سازی ویژه نمونه نیازی ندارد و می‌توان نمونه‌ای با هر ضخامتی به کار برد.[2]

عبوری لاوه

روش عبوری مستلزم به کار گیری نمونه‌ای نسبتاً نازک با جذب کم است. در هر یک از روش‌های لاوه، نقاط پراشی روی فیلم مربوط به صفحات هر منطقه‌ای در بلور، همیشه بر روی منحنی قرار می‌گیرند که نوعی مقطع مخروطی است.[2]

روش خوردگی شیمیایی

این یک روش نوری است که در بر گیرنده بازتاب نور مرئی از پهلوهای تخت (با اندیس‌های میلر معلوم) حفرات خورده شده در سطح بلوری است. اگر چه این روش عموماً به کار برده نمی‌شود، اما روش سریعی است و فقط به وسیله‌ای ساده نیاز دارد.[2]

تنظیم بلوری در یک جهت خاص

پس از تعیین جهت بلور به وسیله پرتوی ایکس، اغلب باید بلور را تا جهت ویژه‌ای، مانند (جهت <۱۰۰> در امتداد باریکه فرودی) دوران داد. این کار برای یکی از دو منظور صورت می‌گیرد الف) آزمون بعدی پرتو ایکس در جهتی ویژه یا ب) برش بعدی بلور در امتداد صفحه‌ای برگزیده.[2]

پانویس
  1. Solid State Physics (2nd Edition), J.R. Hook, H.E. Hall, Manchester Physics Series, John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-0-471-92804-1
  2. مبانی پراش پرتو x-جلد دوم-چاپ سوم۱۳۹۱-تالیف بی، دی، کالیتی- ترجمه دکتر بیژن اعتمادی و دکتر جمشید عمیقیان
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ ساختار بلوری موجود است.

منابع


  • عباس هنربخش رئوف، حجت الله شهسواری، ابوالفضل زارع "مبانی متالورژی فیزیکی و علم مواد"، انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، 1385
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.