موسوعة العلوم - جيولوجيا - علم البلورات ( بنية بلورية )



علم البلورات ( بنية بلورية )

 

بلورات الإنسولين.

في علم المعادن وعلم البلورات يطلق مصطلح البنية البلورية على الترتيب الفريد للذرات في البلورة. تتكون البنية البلورية من مجموعة من الذرات مرتبة بطريقة معينة في الشبكة البلورية. من الممكن تخيل وحدات البنية البلورية على أنها مجموعات من الذرات على شكل صناديق صغيرة تدعى الخلايا (وحدة خلية)، وبتكرار هذه الخلايا في الفضاء الثلاثي الأبعاد تتشكل البلورة العينية .

من أهم خصائص البلورة هو طول أضلاع الخلية,تسمى c ، b ، a والزوايا بين أضلاع الخلية وتسمى ألفا ، بيتا ، جاما . وتلك الستة احداثيات تسمى احداثيات الشبكة البلورية. تلعب البنية البلورية دوراً هاماً في تحديد خصائص البلورة مثل قابليتها على الانشقاق ( الانفلاق البلوري) ، التوصيل الكهربي ، نطاق الطاقة ، وخصائص بصرية و خصائص مغناطيسية

مكعب Body-centered cubic

مقطع من البنية البلورية لملح الطعام NaCl، الذي له العدد التساندي 6.

 .

تبدأ دراسة بناء المعدن من المستوى الذري. فإذا كانت المادة معدن النحاس النقي ، كان توزيع ذرات النحاس فيشبكة تبلور برافيه سهلا ، نظرا لتماثل جميع الذرات المكونة للبلورة. وإذا كان تركيب البلورة من مادتين مثل ملح الطعام فنحن نعرف أن ملح الطعام يتكون من كلوريد الصوديوم أي من أيونات الكلور وأيونات الصوديوم . ومن دراسة تركيب ملح الطعام عرفنا أن تركيبه يتخذ نظام المكعب . أي أنه يكوّن وحدات خلايا متساوية الأضلاع وتبلغ الزوايا بين الأضلاع 90 درجة .

البناء البلوري لملح الطعام

ويبين الشكل توزيع أيونات الصوديوم (أحمر) ، وتوزيع أيونات الكلور (أخضر) في البلورة العينية (الكبيرة) . فنرى من اليمين إلى اليسار أيونا للكلور يتبعه أيونا للصوديوم ثم يتبعه أيونا للصوديوم ...وهكذا .

وإذا نظرنا إلى تتابع الأيونات من الأمام إلى الخلف وجدنا أيضا أن أيون الكلور يتبعه أيون للصوديوم ثم يتبعه أيون للكلور ... وهكذا .

وإذا نظرنا إلى توزيع الأيونات من أسفل إلى أعلى وجدنا الحال لا يختلف .

أي أن ذرات المادة (أو أيوناتها) تترتب وفق نمط منتظم متكرر ، ويمكن تقسيمها إلى أصغر خلية وهي وحدة خلية وتحمل وحدة الخلية جميع الصفات الهندسية للبلورة الكبيرة .

وبفحص بلورات المعادن المختلفة وجدنا 7 أنظمة بلورية وأربع عشرة شبكة بلورية تقدم وصفاً لمواقع الذرات والاتجاهات البلورية والمستويات البلورية.

تنحصر البنية البلورية لمعظم المعادن في واحدة من ثلاثة أنواع بسيطة على الأغلب. تبدي المركبات السيراميكية ذات التركيب الكيميائي الواسع بناءات متعددة منها البسيط ومنها المعقد ، ولكن معظمها (مثل السيليكات) معقدة البنية.

طرق تعيين البناء البلوري

الدراسات التي تقوم بتعيين البناء البلوري للأملاح والمعادن تعتمد على طرق القياس الآتية:

• حيود الأشعة السينية
• حيود الإلكترونات
• حيود النيوترونات

كما يمكن تعيين البناء البلوري المغناطيسي بواسطة حيود النيوترونات.

أنواع التبلور

توجدالمادة الصلبة في إحدى من ثلاثة تصنيفات بالنسبة إلى بنيتها البلورية، هي :

• بلورة أحادية ،

• كثيرة البلورات ،

• مادة لابلورية.

وتفصيل تلك التصنيفات كالآتي:

بلورة أحادية

بلورة أحادية(بالإنجليزية:single crystal ) هي مادة صلبة تتميز بامتداد الشبكة البلورية فيها من أولها إلى آخرها مكونة بلورة كبيرة منتظمة . وتتكون البلورة الأحادية مثلا عن طريق تغطيس بلورة صغيرة في محلول مشبع بمادة البلورة ، وتكون البلورة الصغيرة بمثابة بذرة تتراص عليها الذرات أو الجزيئات ، وتأخذ كل ذرة من ذرات المذاب موضعها بالضبط في الشبكة البلورية وبذلك تنمو البذرة إلى بلورة أحادية كبيرة .

كثيرة البلورات

صورة لحبيبات كثيرة البلورات في الحديد الصلب .

كثيرة البلورات (بالإنجليزية: Polycrystalline) هي مواد مكونة من حبيبات بلورية كثيرة لها أحجام مختلفة وعشوائية التوزيع . يمكن عن طريق ضبط عملية التبلور التوصل إلى تقليل عشوائية التوزيع بحيث تنتظم البنية البلورية ونحصل على ما يسمى بلورة أحادية.

• تبين الصورة المجاورة تكون الحديد الصلب من حبيبات ، تشكل كل منها بلورة أحادية تتبع النظام البلوري الخاص بالحديد ، وتتوزع فيه البلورات الأحادية توزيعا عشوائيا بالنسبة للاتجاه .

وتعتبر معظم المعادن و السيراميك موادا كثيرة البلورات ، وكثيرا ماتسمى البلورات الأحادية الصغيرة فيها بالحبيبات . ويمكن تصور كثيرة البلورات عند طحن بلورة أحادية ، فكومة المسحوق تشكل مادة كثيرة البلورات .

مادة لابلورية

البنية اللابلورية للسيليكا(SiO2) .

مادة لابلورية (بالإنجليزية:amorphous solid ) هي مادة صلبة لا تتوزع فيها الذرات توزيع منتظما على نطاق بعيد ، ويكون توزيع الذرات فيها عشوائيا ، بمعنى أن توزيع الذرات فيها لا يتبع أي نظام من الأنظمة البلورية . وقد تتسم ببعض النظام على النطاق القصير (حيز 10 - 20 ذرة ) ، ولهاذا تسمى جوامد لابلورية . مثال على ذلك بنية الزجاج والبوليسترين وكذلك الحلوى . تتصف الجوامد ذات نظام بلوري على النطاق البعيد (أي نظام واحد يشمل البلورة من أولها إلى أخرها) بالبلورات