كريستال

بلورات الكوارتز الجمشتي
على المستوى المجهري، تحتوي البلورة المفردة على ذرات في ترتيب دوري شبه مثالي ؛ تتكون البلورة المتعددة من العديد من البلورات المجهرية (تسمى " البلورات الصغيرة " أو "الحبيبات")؛ ولا تحتوي المادة الصلبة غير المتبلورة (مثل الزجاج ) على ترتيب دوري حتى على المستوى المجهري.

البلورة أو المادة الصلبة البلورية هي مادة صلبة تترتب مكوناتها (مثل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ) في بنية مجهرية عالية التنظيم، لتشكل شبكة بلورية تمتد في جميع الاتجاهات. [ 1 ] [ 2 ] بالإضافة إلى ذلك، يمكن عادةً تمييز البلورات الأحادية الكبيرة من خلال شكلها الهندسي ، الذي يتكون من أسطح مستوية ذات اتجاهات مميزة. يُعرف علم دراسة البلورات وتكوينها باسم علم البلورات . وتُسمى عملية تكوين البلورات عبر آليات نمو البلورات بالتبلور أو التصلب .

كلمة "كريستال" مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة κρύσταος ( krustallos )، وتعني " الجليد " و" البلور الصخري[ 3 ] من κρύος ( kruos )، "البرد الجليدي، الصقيع". [ 4 ] [ 5 ]

من أمثلة البلورات الكبيرة رقاقات الثلج والماس وملح الطعام . معظم المواد الصلبة غير العضوية ليست بلورات، بل هي متعددة البلورات، أي تتكون من العديد من البلورات المجهرية المندمجة معًا لتشكل مادة صلبة واحدة. تشمل متعددة البلورات معظم المعادن والصخور والسيراميك والجليد . أما الفئة الثالثة من المواد الصلبة فهي المواد الصلبة غير المتبلورة ، حيث لا تمتلك الذرات أي بنية دورية على الإطلاق. من أمثلة المواد الصلبة غير المتبلورة الزجاج والشمع والعديد من أنواع البلاستيك .

على الرغم من الاسم، فإن الكريستال الرصاصي والزجاج الكريستالي والمنتجات ذات الصلة ليست بلورات، بل هي أنواع من الزجاج، أي مواد صلبة غير متبلورة.

تُستخدم البلورات، أو المواد الصلبة البلورية، بكثرة في الممارسات شبه العلمية مثل العلاج بالبلورات ، وترتبط أحيانًا ، إلى جانب الأحجار الكريمة ، بأعمال السحر في معتقدات الويكا والحركات الدينية ذات الصلة. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

البنية البلورية (المجهرية)

الهاليت (ملح الطعام، كلوريد الصوديوم): مجهري وعياني
بلورة الهاليت (مجهرية)
البنية المجهرية لبلورة الهاليت . (اللون البنفسجي يمثل أيون الصوديوم ، والأخضر يمثل أيون الكلور ). يوجد تناظر مكعب في ترتيب الذرات.
بلورة الهاليت (مجهرية)
بلورة هاليت كبيرة الحجم (حوالي 16 سم). الزوايا القائمة بين أوجه البلورة ناتجة عن التناظر المكعب لترتيب الذرات.

يعتمد التعريف العلمي لـ"البلورة" على الترتيب المجهري للذرات داخلها، والذي يُسمى البنية البلورية . البلورة مادة صلبة تتشكل فيها الذرات بترتيب دوري. ( تُعدّ أشباه البلورات استثناءً، انظر أدناه ).

ليست كل المواد الصلبة بلورية. فمثلاً، عندما يبدأ الماء السائل بالتجمد، يبدأ تغير الحالة ببلورات جليدية صغيرة تنمو حتى تندمج، مُشكّلةً بنية متعددة البلورات . في كتلة الجليد النهائية، تُعدّ كل بلورة من البلورات الصغيرة (وتُسمى " البلورات الدقيقة " أو "الحبيبات") بلورة حقيقية ذات ترتيب دوري للذرات، لكن البنية متعددة البلورات ككل لا تمتلك ترتيبًا دوريًا للذرات، لأن النمط الدوري ينقطع عند حدود الحبيبات . معظم المواد الصلبة غير العضوية الكبيرة متعددة البلورات، بما في ذلك جميع المعادن تقريبًا ، والسيراميك ، والجليد ، والصخور ، إلخ. أما المواد الصلبة التي ليست بلورية ولا متعددة البلورات، مثل الزجاج ، فتُسمى مواد صلبة غير متبلورة ، وتُسمى أيضًا زجاجية أو غير بلورية. هذه المواد لا تمتلك ترتيبًا دوريًا، حتى على المستوى المجهري. هناك اختلافات واضحة بين المواد الصلبة البلورية والمواد الصلبة غير البلورية: أبرزها أن عملية تكوين الزجاج لا تُطلق حرارة الانصهار الكامنة ، بينما تُطلقها عملية تكوين البلورة.

تتميز البنية البلورية (ترتيب الذرات في البلورة) بوحدة الخلية ، وهي عبارة عن صندوق صغير وهمي يحتوي على ذرة واحدة أو أكثر بترتيب مكاني محدد. تتراص وحدات الخلية في الفضاء ثلاثي الأبعاد لتشكيل البلورة.

تُقيَّد تناظر البلورة بشرط أن تتراص خلايا الوحدة بشكل مثالي دون وجود فجوات. يوجد 219 تناظرًا بلوريًا ممكنًا (يُشار عادةً إلى 230، ولكن هذا يُعامل المتكافئات الكيرالية ككيانات منفصلة)، تُسمى مجموعات الفضاء البلورية . [ 9 ] تُصنَّف هذه المجموعات إلى 7 أنظمة بلورية ، مثل النظام البلوري المكعب (حيث قد تُشكِّل البلورات مكعبات أو صناديق مستطيلة، مثل الهاليت الموضح على اليمين) أو النظام البلوري السداسي (حيث قد تُشكِّل البلورات سداسيات، مثل جليد الماء العادي ).

أوجه البلورات وأشكالها وتكويناتها البلورية

أثناء نمو بلورة الهاليت ، تلتصق الذرات الجديدة بسهولة بالغة بأجزاء السطح ذات البنية الذرية الخشنة والروابط غير المشبعة الكثيرة . ولذلك، تنمو هذه الأجزاء من البلورة بسرعة كبيرة (الأسهم الصفراء). وفي النهاية، يتكون السطح بأكمله من أسطح ملساء ومستقرة ، حيث يصعب على الذرات الجديدة الالتصاق بها.

تُعرف البلورات عادةً، على المستوى العياني، بشكلها الذي يتكون من أسطح مستوية ذات زوايا حادة. هذه الخصائص الشكلية ليست ضرورية للبلورة - إذ تُعرَّف البلورة علميًا بترتيبها الذري المجهري، وليس بشكلها العياني - ولكن الشكل العياني المميز غالبًا ما يكون موجودًا ويسهل رؤيته.

البلورات كاملة التبلور هي تلك التي لها أوجه مسطحة واضحة ومنظمة. أما البلورات غير كاملة التبلور فلا تمتلك هذه الأوجه، وعادةً ما يكون ذلك لأن البلورة عبارة عن حبة واحدة في مادة صلبة متعددة البلورات.

تتجه الأسطح المستوية (وتُسمى أيضًا الأوجه ) للبلورة كاملة التبلور بطريقة محددة بالنسبة للترتيب الذري الأساسي للبلورة : فهي عبارة عن مستويات ذات مؤشر ميلر منخفض نسبيًا . [ 10 ] يحدث هذا لأن بعض اتجاهات السطح أكثر استقرارًا من غيرها ( طاقة سطحية أقل ). مع نمو البلورة، تلتصق الذرات الجديدة بسهولة بالأجزاء الأكثر خشونة والأقل استقرارًا من السطح، ولكن بصعوبة أكبر بالأسطح المستوية والمستقرة. لذلك، تميل الأسطح المستوية إلى النمو لتصبح أكبر وأكثر نعومة، حتى يتكون سطح البلورة بأكمله من هذه الأسطح المستوية. (انظر الرسم التوضيحي على اليمين).

تتمثل إحدى أقدم التقنيات في علم البلورات في قياس التوجهات ثلاثية الأبعاد لأوجه البلورة، واستخدامها لاستنتاج التناظر البلوري الأساسي .

الأشكال البلورية للبلورة هي مجموعات من الأوجه المحتملة للبلورة، والتي ترتبط بإحدى تناظرات البلورة. على سبيل المثال، غالبًا ما تتخذ بلورات الجالينا شكل المكعبات، وتنتمي أوجه المكعب الستة إلى شكل بلوري يُظهر أحد تناظرات النظام البلوري المتساوي القياس . كما تتبلور الجالينا أحيانًا على شكل ثماني السطوح، وتنتمي أوجه ثماني السطوح الثمانية إلى شكل بلوري آخر يعكس تناظرًا مختلفًا للنظام المتساوي القياس. يُوصف الشكل البلوري بوضع مؤشرات ميلر لأحد أوجهه بين قوسين. على سبيل المثال، يُكتب الشكل ثماني السطوح على النحو التالي: {111}، وتُستنتج الأوجه الأخرى في الشكل من تناظر البلورة.

قد تكون الأشكال مغلقة، أي أنها قادرة على احتواء حجم معين من الفراغ بشكل كامل، أو مفتوحة، أي أنها غير قادرة على ذلك. يُعدّ الشكلان المكعب والثماني الأوجه مثالين على الأشكال المغلقة. جميع أشكال النظام المتساوي القياس مغلقة، بينما جميع أشكال النظامين البلوريين أحادي الميل وثلاثي الميل مفتوحة. قد تنتمي جميع أوجه البلورة إلى نفس الشكل المغلق، أو قد تكون مزيجًا من عدة أشكال مفتوحة أو مغلقة. [ 11 ]

عادة البلورة هي شكلها الخارجي المرئي. ويتحدد هذا الشكل من خلال بنية البلورة (التي تحد من اتجاهات الأوجه الممكنة)، والتركيب الكيميائي والروابط الخاصة بالبلورة (التي قد تفضل بعض أنواع الأوجه على غيرها)، والظروف التي تشكلت فيها البلورة.

حدوث في الطبيعة

بلورات جليدية
صدفة أحفورية تحتوي على بلورات الكالسيت

الصخور

تُعدّ الصخور الصلبة على سطح الأرض، من حيث الحجم والوزن، أكبر تجمعات البلورات . ويتراوح حجم البلورات الموجودة في الصخور عادةً من جزء من المليمتر إلى عدة سنتيمترات، مع وجود بلورات كبيرة الحجم بشكل استثنائي في بعض الأحيان. ( حتى عام ١٩٩٩)أكبر بلورة طبيعية معروفة في العالم هي بلورة من البريل من مالاكيالينا، مدغشقر ، يبلغ طولها 18 مترًا (59 قدمًا) وقطرها 3.5 مترًا (11 قدمًا) ، وتزن 380,000 كيلوغرام (840,000 رطل) . [ 12 ]      

تشكلت بعض البلورات بفعل العمليات الصهارية والتحولية ، مما أدى إلى نشأة كتل كبيرة من الصخور البلورية. تتكون الغالبية العظمى من الصخور النارية من الصهارة المنصهرة ، وتعتمد درجة التبلور بشكل أساسي على الظروف التي تصلبت فيها. صخور مثل الجرانيت ، التي بردت ببطء شديد وتحت ضغوط هائلة، تبلورت تمامًا؛ لكن العديد من أنواع الحمم البركانية انسكبت على السطح وبردت بسرعة كبيرة، وفي هذه المجموعة الأخيرة، يشيع وجود كمية صغيرة من المواد غير المتبلورة أو الزجاجية . أما الصخور البلورية الأخرى، وهي الصخور المتحولة مثل الرخام ، وشيست الميكا، والكوارتزيت ، فقد أعيد تبلورها. هذا يعني أنها كانت في الأصل صخورًا متفتتة مثل الحجر الجيري ، والطفل ، والحجر الرملي ، ولم تكن أبدًا في حالة انصهار أو في حالة ذوبان كاملة، ولكن ظروف درجة الحرارة والضغط العالية للتحول أثرت عليها بمحو بنيتها الأصلية وتحفيز إعادة التبلور في الحالة الصلبة. [ 13 ]

تشكلت بلورات صخرية أخرى من ترسبات السوائل، وخاصة الماء، لتكوين بلورات بلورية أو عروق كوارتزية . أما المتبخرات مثل الهاليت والجبس وبعض أنواع الحجر الجيري فقد ترسبت من محاليل مائية، ويعود ذلك في الغالب إلى التبخر في المناخات الجافة.

ثلج

يُعدّ الجليد المائي ، على شكل ثلج وجليد بحري وأنهار جليدية ، من البنى البلورية/متعددة البلورات الشائعة على الأرض والكواكب الأخرى. [ 14 ] ندفة الثلج الواحدة هي بلورة واحدة أو مجموعة من البلورات، [ 15 ] بينما مكعب الثلج هو متعدد البلورات . [ 16 ] قد تتشكل بلورات الجليد من تبريد الماء السائل إلى ما دون درجة تجمده، كما في مكعبات الثلج أو البحيرة المتجمدة. غالبًا ما ينمو الصقيع أو ندفات الثلج أو بلورات الجليد الصغيرة العالقة في الهواء ( ضباب الجليد ) من محلول غازي فائق التشبع لبخار الماء والهواء، عندما تنخفض درجة حرارة الهواء إلى ما دون نقطة الندى ، دون المرور بالحالة السائلة. ومن الخصائص غير العادية الأخرى للماء أنه يتمدد بدلًا من أن ينكمش عند تبلوره. [ 17 ]

البلورات العضوية

تستطيع العديد من الكائنات الحية إنتاج بلورات تنمو من محلول مائي ، على سبيل المثال الكالسيت والأراغونيت في حالة معظم الرخويات أو الهيدروكسيلاباتيت في حالة العظام والأسنان في الفقاريات .

تعدد الأشكال والتآصل

يمكن لمجموعة الذرات نفسها أن تتصلب بطرق مختلفة. التعدد الشكلي هو قدرة المادة الصلبة على التواجد بأكثر من شكل بلوري. على سبيل المثال، يوجد جليد الماء عادةً في الشكل السداسي Ice I h ، ولكنه قد يوجد أيضًا في الشكل المكعب Ice I c ، والشكل المعيني Ice II ، والعديد من الأشكال الأخرى. تُسمى الأشكال المتعددة المختلفة عادةً بالأطوار المختلفة .

بالإضافة إلى ذلك، قد تتمكن الذرات نفسها من تكوين أطوار غير بلورية . على سبيل المثال، يمكن للماء أن يُكوّن جليدًا غير متبلور ، بينما يمكن لثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) أن يُكوّن كلاً من السيليكا المنصهرة (زجاج غير متبلور) والكوارتز (بلورة). وبالمثل، إذا كانت المادة قادرة على تكوين بلورات، فيمكنها أيضًا تكوين بلورات متعددة.

بالنسبة للعناصر الكيميائية النقية، يُشار إلى تعدد الأشكال باسم التآصل . على سبيل المثال، يُعدّ كلٌّ من الماس والجرافيت شكلين بلوريين للكربون ، بينما يُعدّ الكربون غير المتبلور شكلاً غير بلوري. قد تمتلك الأشكال المتعددة، على الرغم من احتوائها على الذرات نفسها، خصائص مختلفة تمامًا. على سبيل المثال، يُعدّ الماس أصلب مادة معروفة، بينما يتميز الجرافيت بنعومته الشديدة لدرجة استخدامه كمادة تشحيم. يمكن أن تُشكّل الشوكولاتة ستة أنواع مختلفة من البلورات، ولكن نوعًا واحدًا فقط يتمتع بالصلابة ودرجة الانصهار المناسبتين لصنع ألواح الحلوى والحلويات. يُعزى تعدد الأشكال في الفولاذ إلى قابليته للمعالجة الحرارية ، مما يمنحه نطاقًا واسعًا من الخصائص.

التعدد الشكلي هو ظاهرة مماثلة حيث يمكن أن توجد نفس الذرات في أكثر من شكل صلب غير متبلور .

بلورة

جهاز تبريد بلوري عمودي في مصنع سكر البنجر.

التبلور هو عملية تكوين بنية بلورية من سائل أو من مواد مذابة في سائل. (في حالات نادرة، قد تترسب البلورات مباشرة من الغاز؛ انظر: التبلور المتناحي والصقيع ) .

التبلور مجال معقد وخضع لدراسات مستفيضة، إذ يمكن لسائل واحد أن يتصلب في أشكال عديدة ومختلفة تبعًا للظروف. فقد يُشكّل بلورة أحادية ، ربما بأطوار ونسب وعناصر وشوائب وعيوب وأنماط مختلفة . أو قد يُشكّل بلورة متعددة ، بأحجام وترتيبات واتجاهات وأطوار حبيباتها المتنوعة. ويتحدد الشكل النهائي للمادة الصلبة بالظروف التي يتصلب فيها السائل، مثل التركيب الكيميائي للسائل، والضغط المحيط ، ودرجة الحرارة ، وسرعة تغير هذه العوامل.

تشمل التقنيات الصناعية المحددة لإنتاج بلورات مفردة كبيرة (تسمى البلورات الكروية ) عملية تشوخرالسكي وتقنية بريدجمان . ويمكن استخدام طرق أخرى أقل تعقيدًا للتبلور، اعتمادًا على الخصائص الفيزيائية للمادة، بما في ذلك التخليق الحراري المائي ، والتسامي ، أو ببساطة التبلور باستخدام المذيبات .

يمكن أن تتشكل البلورات الأحادية الكبيرة بفعل العمليات الجيولوجية. على سبيل المثال، توجد بلورات السيلينيت التي يزيد حجمها عن 10 أمتار في كهف البلورات في نايكا، المكسيك. [ 18 ] لمزيد من التفاصيل حول تكوين البلورات الجيولوجية، انظر أعلاه . 

يمكن أن تتشكل البلورات أيضًا من خلال العمليات البيولوجية، كما ذكرنا سابقًا . في المقابل، تمتلك بعض الكائنات الحية تقنيات خاصة لمنع حدوث التبلور، مثل البروتينات المضادة للتجمد .

العيوب والشوائب والتوأمة

نوعان من العيوب البلورية. أعلى اليمين: خلع حافّي . أسفل اليمين: خلع لولبي .

تتميز البلورة المثالية بترتيب ذراتها بشكل مثالي ومتكرر بدقة. [ 19 ] مع ذلك، في الواقع، تحتوي معظم المواد البلورية على مجموعة متنوعة من العيوب البلورية : وهي مواضع ينقطع فيها نمط البلورة. وقد يكون لأنواع هذه العيوب وبنيتها تأثير بالغ على خصائص المواد.

تتضمن بعض الأمثلة على العيوب البلورية عيوب الفراغات (مساحة فارغة يفترض أن تتسع لذرة)، والعيوب البينية (ذرة إضافية محصورة في مكان لا يناسبها)، والانخلاعات (انظر الشكل على اليمين). وتكتسب الانخلاعات أهمية خاصة في علم المواد ، لأنها تساعد في تحديد المتانة الميكانيكية للمواد .

من أنواع العيوب البلورية الشائعة الأخرى الشوائب ، أي وجود نوع خاطئ من الذرات في البلورة. فعلى سبيل المثال، تحتوي بلورة الماس المثالية على ذرات الكربون فقط ، بينما قد تحتوي البلورة الحقيقية على بعض ذرات البورون أيضًا. تُغيّر شوائب البورون هذه لون الماس إلى الأزرق قليلاً. وبالمثل، فإن الفرق الوحيد بين الياقوت الأحمر والياقوت الأزرق هو نوع الشوائب الموجودة في بلورة الكوروندوم .

مجموعة بلورات البيريت التوأمية .

في أشباه الموصلات ، يُحدث نوع خاص من الشوائب، يُسمى المُطعِّم ، تغييرًا جذريًا في الخصائص الكهربائية للبلورة. وتُصنع أجهزة أشباه الموصلات ، مثل الترانزستورات ، بشكل أساسي عن طريق وضع أنواع مختلفة من مُطعِّمات أشباه الموصلات في أماكن مختلفة، وفق أنماط محددة.

التوأمة ظاهرة تقع بين العيوب البلورية وحدود الحبيبات . فمثل حدود الحبيبات، تتميز حدود التوأمة باختلاف اتجاهات البلورات على جانبيها. ولكن على عكس حدود الحبيبات، فإن هذه الاتجاهات ليست عشوائية، بل مرتبطة بطريقة محددة، كصورة معكوسة.

الفسيفساء هي انتشار اتجاهات مستويات البلورة. تتكون البلورة الفسيفسائية من وحدات بلورية أصغر غير متراصفة إلى حد ما بالنسبة لبعضها البعض.

الروابط الكيميائية

بشكل عام، يمكن ربط المواد الصلبة ببعضها البعض بواسطة أنواع مختلفة من الروابط الكيميائية ، مثل الروابط المعدنية ، والروابط الأيونية ، والروابط التساهمية ، وروابط فان دير فالس ، وغيرها. لا يُشترط أن تكون أي من هذه الروابط بلورية أو غير بلورية. ومع ذلك، توجد بعض الاتجاهات العامة كما يلي:

تتبلور المعادن بسرعة، وهي في الغالب متعددة البلورات، باستثناء بعض المعادن غير المتبلورة والمعادن أحادية البلورة. تُصنع الأخيرة صناعيًا، فعلى سبيل المثال، تُصنع توربينات الطائرات المقاتلة عادةً عن طريق تنمية بلورة أحادية من سبيكة التيتانيوم أولًا، مما يزيد من قوتها ودرجة انصهارها مقارنةً بالتيتانيوم متعدد البلورات. قد تتشكل قطعة صغيرة من المعدن بشكل طبيعي إلى بلورة أحادية، مثل حديد التيلوريك من النوع الثاني ، لكن القطع الأكبر حجمًا لا تتشكل عادةً إلا في حالة التبريد البطيء للغاية. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تتكون النيازك الحديدية من بلورة أحادية، أو من العديد من البلورات الكبيرة التي قد يصل حجمها إلى عدة أمتار، وذلك بسبب التبريد البطيء جدًا في فراغ الفضاء. قد يسمح هذا التبريد البطيء بترسيب طور منفصل داخل الشبكة البلورية، يتشكل بزوايا محددة تحددها الشبكة، وتُسمى أنماط ويدمانشتاتن . [ 20 ]

تتكون المركبات الأيونية عادةً عند تفاعل فلز مع لا فلز، مثل تفاعل الصوديوم مع الكلور. وغالبًا ما ينتج عن هذا التفاعل مواد تُسمى الأملاح، مثل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) أو نترات البوتاسيوم ( ملح البارود )، وتكون بلوراتها هشة وسهلة التكسر نسبيًا. عادةً ما تكون المواد الأيونية بلورية أو متعددة البلورات. عمليًا، يمكن تكوين بلورات ملحية كبيرة عن طريق تجميد سائل منصهر ، أو عن طريق التبلور من محلول. بعض المركبات الأيونية قد تكون شديدة الصلابة، مثل الأكاسيد كأكسيد الألومنيوم الموجود في العديد من الأحجار الكريمة كالياقوت الأحمر والياقوت الأزرق الصناعي .

تتكون المواد الصلبة ذات الروابط التساهمية (والتي تُسمى أحيانًا المواد الصلبة الشبكية التساهمية ) عادةً من عنصر واحد أو أكثر من اللافلزات، مثل الكربون أو السيليكون والأكسجين، وغالبًا ما تكون شديدة الصلابة والصلابة والهشاشة. وهي شائعة جدًا، ومن الأمثلة البارزة عليها الماس والكوارتز على التوالي . [ 21 ]

تُساهم قوى فان دير فالس الضعيفة أيضًا في تماسك بعض البلورات ، مثل المواد الصلبة الجزيئية البلورية ، بالإضافة إلى الروابط بين الطبقات في الجرافيت . تُشكّل مواد مثل الدهون والليبيدات والشمع روابط جزيئية لأن جزيئاتها الكبيرة لا تتراص بإحكام مثل الروابط الذرية. وهذا ما يُؤدي إلى بلورات أكثر ليونة وأسهل في التفكك أو الكسر. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الشوكولاتة والشموع والفيروسات. يُعدّ جليد الماء والثلج الجاف مثالين على مواد أخرى ذات روابط جزيئية. [ 22 ] تُشكّل المواد البوليمرية عمومًا مناطق بلورية، لكن أطوال جزيئاتها عادةً ما تمنع التبلور الكامل، وفي بعض الأحيان تكون البوليمرات غير متبلورة تمامًا.

أشباه البلورات

تُشكّل مادة الهولميوم-المغنيسيوم-الزنك (Ho–Mg–Zn) بلورات شبه دورية ، والتي يمكن أن تتخذ شكلاً عيانياً خماسي الأضلاع . البلورات شبه الدورية هي الوحيدة التي تتمتع بهذا التناظر الخماسي. يبلغ  طول أضلاعها 2 مم.

تتكون البلورة شبه الدورية من صفوف من الذرات المرتبة ولكنها ليست دورية تمامًا. وتشترك في العديد من الخصائص مع البلورات العادية، مثل إظهار نمط منفصل في حيود الأشعة السينية ، والقدرة على تشكيل أشكال ذات أسطح ملساء ومستوية.

تشتهر البلورات شبه الدورية بقدرتها على إظهار التناظر الخماسي، وهو أمر مستحيل بالنسبة للبلورة الدورية العادية (انظر نظرية التقييد البلوري ).

أعاد الاتحاد الدولي لعلم البلورات تعريف مصطلح "البلورة" ليشمل كل من البلورات الدورية العادية والبلورات شبه الدورية ("أي مادة صلبة لها مخطط حيود منفصل بشكل أساسي " [ 23 ] ).

تُعدّ البلورات شبه الدورية، التي اكتُشفت لأول مرة عام 1982، نادرةً جدًا في الواقع العملي. إذ لا يُعرف سوى حوالي 100 مادة صلبة تُشكّل بلورات شبه دورية، مقارنةً بحوالي 400,000 بلورة دورية معروفة في عام 2004. [ 24 ] مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2011 لدان شيختمان لاكتشافه البلورات شبه الدورية. [ 25 ]

خصائص خاصة ناتجة عن التباين

تتمتع البلورات بخصائص كهربائية وبصرية وميكانيكية مميزة لا يمتلكها الزجاج والبلورات المتعددة عادةً. ترتبط هذه الخصائص بتباين الخواص البلورية، أي غياب التناظر الدوراني في ترتيب ذراتها. من هذه الخصائص التأثير الكهروإجهادي ، حيث يؤدي تطبيق فرق جهد كهربائي على البلورة إلى انكماشها أو تمددها. ومنها أيضًا الانكسار المزدوج ، حيث تظهر صورة مزدوجة عند النظر عبر البلورة. علاوة على ذلك، قد تختلف خصائص البلورة المختلفة، بما في ذلك الموصلية الكهربائية ، والسماحية الكهربائية ، ومعامل يونغ ، باختلاف الاتجاهات داخل البلورة. على سبيل المثال، تتكون بلورات الجرافيت من طبقات متراصة، وعلى الرغم من أن كل طبقة منها تتمتع بقوة ميكانيكية عالية، إلا أن هذه الطبقات مترابطة بشكل ضعيف نسبيًا. لذلك، تختلف القوة الميكانيكية للمادة اختلافًا كبيرًا باختلاف اتجاه الإجهاد.

لا تمتلك جميع البلورات كل هذه الخصائص. في المقابل، لا تقتصر هذه الخصائص على البلورات فقط، بل يمكن أن تظهر في الزجاج أو البلورات المتعددة التي أصبحت غير متجانسة الخواص بفعل التشكيل أو الإجهاد ، على سبيل المثال، الانكسار المزدوج الناتج عن الإجهاد .

علم البلورات

علم البلورات هو علم قياس البنية البلورية (أي الترتيب الذري) للبلورة. ومن أكثر تقنيات علم البلورات استخداماً حيود الأشعة السينية . ويتم تخزين عدد كبير من البنى البلورية المعروفة في قواعد بيانات علم البلورات .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ستيفن لور. "كتاب كيمياء 1 الإلكتروني - حالات المادة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-09-2016 .
  2. آش كروفت وميرمين (1976). فيزياء الحالة الصلبة .
  3. κρύστανος ، هنري جورج ليدل ، روبرت سكوت ، معجم يوناني-إنجليزي ، في مكتبة بيرسيوس الرقمية
  4. κρύος ، هنري جورج ليدل، روبرت سكوت، معجم يوناني-إنجليزي ، على مكتبة بيرسيوس الرقمية
  5. "كريستال" . قاموس التراث الأمريكي للغة الإنجليزية . تم الاسترجاع في 17-06-2023 .
  6. ريغال، برايان. (2009). العلوم الزائفة: موسوعة نقدية . غرينوود. ص 51. ISBN 978-0-313-35507-3
  7. باتي ويغينغتون (31 أغسطس 2016). "استخدام البلورات والأحجار الكريمة في السحر" . About.com . مؤرشف من الأصل في 15 نوفمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 14 نوفمبر 2016 .
  8. "سحر البلورات والأحجار الكريمة" . WitchesLore . 14 ديسمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2016 .
  9. ويلبيري، تي. آر، محرر (2021)، الجداول الدولية لعلم البلورات ، المجلد أ، تشيستر، إنجلترا: الاتحاد الدولي لعلم البلورات، doi : 10.1107/97809553602060000001 ، ISBN  978-1-119-95235-0، S2CID 146060934 
  10. علم أسطح أكاسيد المعادن ، بقلم فيكتور إي. هنريش، بي إيه كوكس، صفحة 28، رابط كتب جوجل
  11. سينكانكاس، جون (1964). علم المعادن للهواة . برينستون، نيوجيرسي: فان نوستراند. الصفحات 134-138 . ISBN  0442276249.{{cite book}}: CS1 maint: ignored ISBN errors ( link )
  12. جي. كريسي وإف ميرسر، (1999) البلورات ، لندن، متحف التاريخ الطبيعي، صفحة 58
  13. تتضمن جملة أو أكثر من الجمل السابقة نصًا من منشور أصبح الآن ملكًا عامًا : فليت، جون سميث (1911). " علم الصخور ". في تشيشولم، هيو (محرر). الموسوعة البريطانية . المجلد 21 ( الطبعة الحادية عشرة). مطبعة جامعة كامبريدج.    
  14. يوشينوري فوروكاوا، "الجليد"؛ ماتي ليبارانتا، "جليد البحر"؛ دي بي دوبال، "النهر الجليدي"؛ ومقالات أخرى في كتاب فيجاي بي. سينغ، وبراتاب سينغ، وأوميش ك. هاريتاشيا، محررين، موسوعة الثلج والجليد والأنهار الجليدية (دوردريخت، نبراسكا: سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا، 2011). ISBN 904812641X9789048126415
  15. ليبرخت، كينيث؛ وينغ، راشيل (2015-09-01). ندفة الثلج: فن الشتاء المتجمد . دار فويجر للنشر. ISBN 9781627887335.
  16. هيورث-هانسن، إي. (19-10-2017). هندسة الثلج 2000: التطورات والتقدمات الحديثة . روتليدج. ISBN 9781351416238.
  17. تكوين نوى الماء: من العلوم الأساسية إلى التطبيقات الجوية والإضافية، بقلم آري لاكسونين وجوسي ماليلا - إلسيفير 2022، الصفحات 239-240
  18. شيا، نيل (نوفمبر 2008). "كهف العمالقة الكريستاليين" . مجلة ناشيونال جيوغرافيك . مؤرشف من الأصل في 19 ديسمبر 2017.
  19. بريطانيا)، مجلس البحوث العلمية (بريطانيا العظمى (1972). تقرير المجلس . مكتب القرطاسية التابع لجلالة الملكة.
  20. موسوعة النظام الشمسي، تأليف تيلمان سبون، ودوريس بروير، وتورنس ف. جونسون - إلسيفير 2014، صفحة 632
  21. "12.5: المواد الصلبة التساهمية الشبكية والمواد الصلبة الأيونية" . نصوص الكيمياء الحرة . 18-01-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2025 .
  22. العلوم للمرممين، المجلد 3: المواد اللاصقة والطلاءات، من إعداد لجنة المتاحف والمعارض - لجنة المتاحف والمعارض 2005، صفحة 57
  23. الاتحاد الدولي لعلم البلورات (1992). "تقرير اللجنة التنفيذية لعام 1991" . Acta Crystallogr. A. 48 ( 6): 922–946 . Bibcode : 1992AcCrA..48..922 . doi : 10.1107/S0108767392008328 . PMC 1826680 . 
  24. ستويرر، دبليو. (2004). "عشرون عامًا من أبحاث بنية أشباه البلورات. الجزء الأول: أشباه البلورات الخماسية، والثمانية، والعشرية، والاثني عشرية" . مجلة علم البلورات ، 219 ( 7-2004 ): 391-446 . رمز Bibcode : 2004ZK....219..391S . doi : 10.1524/zkri.219.7.391.35643 .
  25. "جائزة نوبل في الكيمياء 2011" . Nobelprize.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2011 .

للمزيد من القراءة

  • هوارد، ج. مايكل؛ دارسي هوارد (رسام) (1998). "مقدمة في علم البلورات وأنظمة البلورات المعدنية" . متجر بوب للصخور. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أغسطس 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2008 .
  • كراسمان، توماس (2005-2008). "مشروع البلورة العملاقة" . كراسمان. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2008 .
  • "كتيبات تعليمية" . لجنة تدريس علم البلورات. 2007. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2008 .
  • "هياكل الشبكة البلورية: فهرس حسب المجموعة الفراغية" . 2004. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-12-03 .
  • "علم البلورات" . المجلس الوطني الإسباني للبحوث ، قسم علم البلورات. 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 يناير 2010 .