نمط ويدمانشتاتن

نمط ويدمانشتاتن / ˈ v ɪ d m ɑː n ˌ ʃ teɪ t ɪ n / ( VID -man -shtay-tin ) ، المعروف أيضًا باسم بنية طومسون ، هو شكل من الأطوار الطويلة من النيكل والحديد ، الموجود في أشكال الأوكتاهيدريت لبلورات النيازك الحديدية وبعض البالاسيت .

تتكون النيازك الحديدية في أغلب الأحيان من بلورة واحدة من سبيكة الحديد والنيكل، أو أحيانًا من عدة بلورات كبيرة قد يصل حجمها إلى عدة أمتار، وغالبًا ما تفتقر إلى أي حدود بلورية واضحة على سطحها. تُعد البلورات الكبيرة نادرة في المعادن، وفي النيازك تنشأ نتيجة التبريد البطيء للغاية من حالة الانصهار في فراغ الفضاء عند تشكل النظام الشمسي . وبمجرد تحولها إلى الحالة الصلبة، يسمح التبريد البطيء للمحلول الصلب بترسيب طور منفصل ينمو داخل الشبكة البلورية ، ويتشكل بزوايا محددة تحددها الشبكة. في النيازك، يمكن أن تنمو هذه العيوب البينية لتصبح كبيرة بما يكفي لملء البلورة بأكملها بهياكل إبرية أو شريطية الشكل يمكن رؤيتها بسهولة بالعين المجردة، مستهلكةً الشبكة الأصلية بالكامل تقريبًا. وتتكون هذه الهياكل من طبقات متداخلة دقيقة من الكاماسيت والتانيت تُسمى الصفائح . عادةً، في الفجوات بين الصفائح، يمكن العثور على خليط دقيق الحبيبات من الكاماسيت والتانيت يسمى البليسيت . ^{[ 1 ]}

تصف هياكل ويدمانشتاتن ميزات مماثلة في الفولاذ الحديث، ^{[ 2 ]} والتيتانيوم، وسبائك الزركونيوم، ولكنها عادة ما تكون مجهرية.

في عام ١٨٠٨، لاحظ الكونت ألويس فون بيك ويدمانشتاتن ، مدير مصنع الخزف الإمبراطوري في فيينا ، هذه الأشكال . أثناء تسخين النيازك الحديدية باللهب ، ^{[ ٤ ]} لاحظ ويدمانشتاتن تباينًا في اللون واللمعان مع اختلاف معدلات أكسدة سبائك الحديد المختلفة. لم ينشر ويدمانشتاتن نتائجه، بل اكتفى بنقلها شفهيًا إلى زملائه. أقر كارل فون شرايبرز ، مدير متحف فيينا للمعادن وعلم الحيوان، بهذا الاكتشاف، وأطلق على التركيب اسم ويدمانشتاتن. ^{[ ٥ ] [ ٦ ] : ١٢٤.} مع ذلك، يُعتقد الآن أن اكتشاف نمط البلورات المعدنية يُنسب إلى عالم المعادن الإنجليزي ويليام ( جولييلمو ) طومسون ، إذ نشر النتائج نفسها قبل أربع سنوات. ^{[ ٧ ] [ ٦ ] [ ٨ ] [ ٩ ]}

أثناء عمله في نابولي عام ١٨٠٤، عالج طومسون نيزك كراسنويارسك بحمض النيتريك لإزالة الطبقة الباهتة الناتجة عن الأكسدة. بعد فترة وجيزة من ملامسة الحمض للمعدن، ظهرت أشكال غريبة على سطحه، وصفها بالتفصيل كما ذُكر سابقًا. وقد صعّبت الحروب الأهلية وعدم الاستقرار السياسي في جنوب إيطاليا على طومسون التواصل مع زملائه في إنجلترا، ويتجلى ذلك في فقدانه لمراسلات مهمة بعد مقتل حاملها. ^{[ ٨ ]} ونتيجة لذلك، نُشرت نتائج بحثه عام ١٨٠٤ باللغة الفرنسية فقط في المكتبة البريطانية . ^{[ 6 ] : 124-125 [ 8 ] [ 10 ]} في مطلع عام 1806، غزا نابليون مملكة نابولي ، واضطر طومسون إلى الفرار إلى صقلية ^{[ 8 ]} ، وفي نوفمبر من ذلك العام، توفي في باليرمو عن عمر يناهز 46 عامًا. وفي عام 1808، نُشرت أعمال طومسون مرة أخرى بعد وفاته باللغة الإيطالية (مترجمة من المخطوطة الإنجليزية الأصلية) في مجلة أكاديمية العلوم في سيينا . ^{[ 11 ]} أعاقت الحروب النابليونية تواصل طومسون مع المجتمع العلمي، كما أن أسفاره عبر أوروبا، بالإضافة إلى وفاته المبكرة، حجبت إسهاماته لسنوات عديدة.

أكثر الأسماء شيوعاً لهذه الأشكال هي نمط ويدمانشتاتن وبنية ويدمانشتاتن؛ ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات الإملائية:

• ويدمانستيتر (اقترحه فريدريك سي. ليونارد ) ^{[ 12 ]}
• Widmannstätten (تُستخدم على سبيل المثال في فوهة Widmannstätten القمرية )
• ويدمانشتاتن (بالإنجليزية)

نظراً لأولوية اكتشاف جي. طومسون ، اقترح العديد من المؤلفين تسمية هذه الأشكال ببنية طومسون أو بنية طومسون-ويدمانشتاتن . ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]}

يتشكل الكاماسيت الفقير بالنيكل عن طريق انتشار النيكل في السبيكة الصلبة عند درجات حرارة تتراوح بين 450 و700  درجة مئوية، ولا يمكن أن يحدث ذلك إلا أثناء التبريد البطيء جدًا، بمعدل يتراوح بين 100 و10000  درجة مئوية لكل مليون سنة، مع فترات تبريد إجمالية لا تتجاوز 10 ملايين سنة . ^{[ 13 ]} وهذا يفسر سبب عدم إمكانية إعادة إنتاج هذا التركيب في المختبر.

تصبح الأنماط البلورية مرئية عندما يتم قطع النيازك وصقلها وحفرها بالحمض، لأن التانيت أكثر مقاومة للحمض.

يتراوح حجم صفائح الكاماسيت من الأكبر إلى الأصغر (بحسب حجمها) مع ازدياد محتوى النيكل. ويُطلق على هذا التصنيف اسم التصنيف البنيوي .

يشكل الحديد والنيكل سبائك متجانسة عند درجات حرارة أقل من نقطة الانصهار ؛ وتُعرف هذه السبائك باسم التاينايت . عند درجات حرارة تتراوح بين 900 و600  درجة مئوية (بحسب نسبة النيكل)، تستقر سبيكتان مختلفتان في نسبة النيكل: الكاماسيت ذو نسبة النيكل المنخفضة (من 5 إلى 15%) والتاينايت ذو نسبة النيكل العالية (تصل إلى 50%). تحتوي نيازك الأوكتاهيدريت على نسبة نيكل متوسطة بين النسبة الطبيعية للكاماسيت والتاينايت ؛ مما يؤدي، في ظل ظروف التبريد البطيء ، إلى ترسيب الكاماسيت ونمو صفائح الكاماسيت على طول مستويات بلورية معينة في الشبكة البلورية للتاينايت .

تختلف الطرق المستخدمة للكشف عن نمط ويدمانشتاتن على النيازك الحديدية. في أغلب الأحيان، تُطحن الشريحة وتُصقل، ثم تُنظف، وتُحفر بمادة كيميائية مثل حمض النيتريك أو كلوريد الحديديك ، ثم تُغسل وتُجفف. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

يؤثر قطع النيزك على طول مستويات مختلفة على شكل واتجاه أشكال ويدمانشتاتن، لأن صفائح الكاماسيت في الأوكتاهيدريت مرتبة بدقة. تستمد الأوكتاهيدريت اسمها من بنيتها البلورية الموازية لثماني السطوح . الأوجه المتقابلة متوازية، لذا، على الرغم من أن ثماني السطوح له 8 أوجه، إلا أن هناك 4 مجموعات فقط من صفائح الكاماسيت. نادرًا ما يشكل الحديد والنيكل-حديد بلورات ذات بنية ثمانية السطوح خارجية، ولكن لا يزال من الممكن اكتشاف هذه التوجهات بوضوح بلوريًا دون الحاجة إلى الشكل الخارجي. سيؤدي قطع نيزك أوكتاهيدريت على طول مستويات مختلفة (أو أي مادة أخرى ذات تناظر ثماني السطوح، وهو نوع فرعي من التناظر المكعب) إلى إحدى هذه الحالات:

• القطع العمودي على أحد المحاور الثلاثة (المكعبة): مجموعتان من الأشرطة متعامدتان مع بعضهما البعض
• قطع موازٍ لأحد أوجه ثماني السطوح (قطع المحاور المكعبة الثلاثة على نفس المسافة من المركز البلوري)  : ثلاث مجموعات من الأشرطة تمتد بزوايا 60 درجة بالنسبة لبعضها البعض
• أي زاوية أخرى: أربع مجموعات من الأشرطة بزوايا تقاطع مختلفة

يُستخدم مصطلح بنية ويدمانشتاتن أيضًا في المواد غير النيزكية للإشارة إلى بنية ذات نمط هندسي ناتج عن تكوّن طور جديد على طول مستويات بلورية محددة للطور الأصلي، مثل بنية النسيج السلّي في بعض سبائك الزركونيوم . تتشكل بنى ويدمانشتاتن نتيجة نمو أطوار جديدة داخل حدود حبيبات المعادن الأصلية، مما يزيد عمومًا من صلابة المعدن وهشاشته. تتشكل هذه البنى نتيجة ترسيب طور بلوري واحد إلى طورين منفصلين. وبهذا، يختلف تحول ويدمانشتاتن عن التحولات الأخرى، مثل تحول المارتنسيت أو الفريت. تتشكل هذه البنى بزوايا دقيقة للغاية، قد تختلف تبعًا لترتيب الشبكات البلورية. عادةً ما تكون هذه البنى صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر، نظرًا للحاجة إلى معدل تبريد طويل جدًا لإنتاج بنى مرئية بالعين المجردة. ومع ذلك، فإن لها عادةً تأثيرًا كبيرًا، وغالبًا ما يكون غير مرغوب فيه، على خصائص السبيكة. ^{[ 16 ]}

تتشكل بنى ويدمانشتاتن عادةً ضمن نطاق حراري محدد، وتزداد حجمًا بمرور الوقت. ففي الفولاذ الكربوني ، على سبيل المثال، تتشكل هذه البنى أثناء عملية التلدين إذا ما تم تسخين الفولاذ ضمن نطاق حراري يقارب 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) لفترات طويلة. وتتكون هذه البنى على شكل نمو إبري أو صفيحي من السمنتيت داخل حدود بلورات المارتنسيت. وهذا يزيد من هشاشة الفولاذ بطريقة لا يمكن التغلب عليها إلا بإعادة التبلور. كما قد تظهر بنى ويدمانشتاتن المصنوعة من الفريت في الفولاذ الكربوني، إذا كان محتوى الكربون أقل من التركيب اليوتكتويدي ولكنه قريب منه (حوالي 0.8% كربون). ويحدث هذا على شكل إبر طويلة من الفريت داخل البيرلايت . ^{[ 16 ]}  

تتشكل بنى ويدمانشتاتن في العديد من المعادن الأخرى أيضًا. تتشكل هذه البنى في النحاس الأصفر، خاصةً إذا كانت السبيكة تحتوي على نسبة عالية جدًا من الزنك، لتصبح على شكل إبر من الزنك ضمن مصفوفة النحاس. تتشكل هذه الإبر عادةً عند تبريد النحاس الأصفر من درجة حرارة إعادة التبلور، وتصبح خشنة جدًا إذا تم تلدين النحاس الأصفر عند درجة حرارة 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) لفترات طويلة. ^{[ 16 ]} يُظهر الحديد الأرضي ، وهو سبيكة من الحديد والنيكل تشبه النيازك إلى حد كبير، بنى ويدمانشتاتن خشنة جدًا أيضًا. الحديد الأرضي هو حديد فلزي، وليس خامًا (حيث يوجد الحديد عادةً)، وقد نشأ من الأرض وليس من الفضاء. يُعد الحديد الأرضي معدنًا نادرًا، ولا يوجد إلا في أماكن قليلة في العالم. على غرار النيازك، من المرجح أن تتشكل هياكل ويدمانشتاتن الخشنة للغاية من خلال تبريد بطيء للغاية، إلا أن هذا التبريد حدث في وشاح الأرض وقشرتها بدلاً من فراغ الفضاء وانعدام جاذبيته . ^{[ 17 ]} وقد لوحظت أنماط مماثلة أيضًا في معدن التوت ، وهو سبيكة ثلاثية من اليورانيوم، بعد تقادمه عند درجة حرارة تساوي أو تقل عن درجة حرارة تساوي ...  يؤدي التسخين عند درجة حرارة 400  درجة مئوية لفترات تتراوح من دقائق إلى ساعات إلى إنتاج طور أحادي الميل α ″ . ^{[ 18 ]}

ومع ذلك، فإن مظهر وتكوين وعملية تشكيل هذه الهياكل الأرضية من نوع ويدمانشتاتن تختلف عن البنية المميزة للنيازك الحديدية. ^{[ 19 ]}

عندما يُصنع من نيزك حديدي أداة أو سلاح، تبقى أنماط ويدمانشتاتن، لكنها تتمدد وتتشوه. وعادةً لا يمكن إزالة هذه الأنماط تمامًا عن طريق الحدادة، حتى مع العمل المكثف. فعندما تُصنع سكين أو أداة من حديد نيزكي ثم تُصقل، تظهر الأنماط على سطح المعدن، وإن كانت مشوهة. ومع ذلك، فإنها تميل إلى الاحتفاظ ببعض الأشكال الثمانية الأوجه الأصلية ومظهر الصفائح الرقيقة المتقاطعة. ^{[ 19 ]}

بما أن بلورات النيكل والحديد تنمو إلى أطوال بضعة سنتيمترات فقط عندما يبرد المعدن الصلب بمعدل بطيء للغاية (على مدى عدة ملايين من السنين)، فإن وجود هذه الأنماط يشير بقوة إلى أصل خارج الأرض للمادة، ويمكن استخدامه للإشارة إلى ما إذا كانت قطعة من الحديد قد أتت من نيزك .

• الفريت الإبري – بنية دقيقة للفولاذ تتميز بحبيبات طويلة تشبه الإبر 
• مسرد مصطلحات علم النيازك

• شخصيات Widmannstätten على نيزك جيبون الحديدي
• Widmannstätten الفريت والمعلومات الأكاديمية