مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

تاریخچه بلورشناسی

علمبلورشناسییاکریستالوگرافیدرباره نحوه تشکیل و رشد بلورها و شکل ظاهری و ساختمان داخلی آنها و نیز خصوصیاتفیزیکی و شیمیایی مواد متبلور بحث می‌نماید. کلمهکریستال (Crystal) اصلیونانی دارد که از دو کلمه (سرد= Kryos) و (سخت شدن= Stellesual) تشکیل شده کهمجموعا معنیسخت شدن در اثر سرمارا می‌دهد.
فلاسفه قدیم نیز منشاءبلورهای یک سنگ را بلورهای یخ می‌دانستند که بر اثر تحمل سرمای بسیار شدید در طولمدت مدید ، طوری سخت و مقاوم شده است که می‌تواند حرارتهای بالاتر از صفر را همتحمل نماید. در سال 1690 ، "Huyghens" دریافت که بلورها از اجتماع ذراتکوچکتر بوجود آمده‌اند و در سال 1912 ، "M.V.Laue" توانست تئوری ساختمانشبکه‌ای در بلورها را با استفاده ازاشعهایکس به اثبات برساند.

تبلور و نمو بلورها

برای اینکه یک بلور بتواند تشکیل گردد، باید در وحلهاول نطفه آن بسته شود، پس از تشکیل ، نطفه شروع به نمو می‌کند تا بالاخره بلوری کهبوسیله سطوح احاطه شده است، بوجود آید. نطفه‌های بلور عبارتند از بلورهای ریزی باقطر تقریبی 40 تا 180 آنگستروم که بطور ناگهانی در بخارات و مایعات اشباع شده و یامواد مذاب سرد شده تشکیل می‌شوند. در اجسام جامد تشکیل بلور ، نقش مهمی را بازیمی‌کند، مثلا تشکیل بلور که در اثر فعل و انفعالات شیمیایی یا نارسائی‌های حرارتیدرشیشه ایجاد می‌گردد، باعث از بین رفتن شفافیت شیشه خواهد شد.

تبلور معمولا درموقع تبدیل یکحالتفیزیکی به حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجاممی‌شود:

تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع به جامد

این نوع تبلور به دو صورتانجماد موادمذاب و تبلور مواد محلول انجام می‌گیرد:

• انجماد مواد مذاب :
  اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود،اتمها یامولکولها با هر موقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌گردد. در اینصورت جسمی جامد و ایزوتوپ بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. اگر سرد شدن باآرامی و کند انجام شود، اتمها و مولکولها با توجه به نیروی جاذبه خود و اطاعت ازشبکه تبلور کنار هم چیده شده و نطفه بلور را تشکیل می‌دهند. سپس در نتیجه اتصالسایر مولکولهای منزوی و معلق در ماده مذاب به نطفه بلور ، حجم آن افزایش می‌یابد تااینکه به بلوری درشت تبدیل می‌گردد.
• تبلور مواد محلول :
  در این نوع تبلور بایدمحلولبه حال فوق اشباع باشد. در چنینمحلولهایی بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. این بلورها ابتدا به صورت نطفه‌هایمتحرک می‌باشند، علت تحرک آنها حرکات قبلی یونها و مولکولهای سازنده آنها است. درمحلولها نیز مانند انجماد مواد مذاب ، رشد بلورها از طریق اتصال منظم یونها ، اتمهاو مولکولهای معلق در محلول به نطفه‌های بلور صورت می‌گیرد.

تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد سوبلیماسیون

در این حالت تبلور ،بلورها مستقیما از تبدیل بخار به جامد حاصل می‌شوند. این بلورها معمولا کوچک ودارای طرح اولیه می‌باشند که اصطلاحااسکلت بلورگفته می‌شود. در طبیعت ،سوبلیماسیون در گازهای خشک آتشفشانی دیده می‌شود. در این حالت مواد گازی آتشفشانیدر شکافهای توده آذرین مستقیما به بلور تبدیل می‌گردند. مثال بسیار روشن برای پدیدهسوبلیمانسیون ، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخار آب اطاقها بر رویشیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان می‌باشد.

تبلور مواد جامد

حالت سوم تبلور که خوب شناخته نشده و در طبیعت فراواندیده می‌شود، تبلور در محیط جامد است. در این حالت رشد بلورها بخرج بلورهای کوچکترو تحت تاثیر فشار و حرارت و در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد. برای مثال امروزهسنگهای شیشه‌ای آتشفشانی خیلی قدیمی را متبلور می‌بینیم. بنابراین معلوم می‌شود کهاین گونه سنگها به تدریج در طول زمان متبلور شده‌اند. سنگهای آهکی دانه ریز که ازبلورهای ریزکربناتکلسیم تشکیل شده‌اند، تحت تاثیر عوامل دگرگونی (فشار و حرارت) بهمرمرکه دارای بلورهای دانه درشتکلسیت است، تبدیلمی‌گردد.

تاثیر عوامل خارجی در نمو بلورها

شرایط زیر سبب بوجود آمدن اختلاف دراندازه بلورها می‌گردد:

1. سرعت انجماد :
   افزایش طول مدت انجماد یک ماده مذاب امکان تغذیهشیمیایی بیشتر بلورها از ماده مذاب را فراهم می‌سازد. بنابراین کم شدن سرعت انجماد، موجب تشکیل بلورهای درشت و تسریع در انجماد سبب تشکیل بلورهای کوچک و ریزمی‌گردد.

2. وجود مواد فرار:
   وجود بخار آب و گازها در یک ماده مذاب ، نقطهانجماد را پایین آورده و سرعت انجماد را کند می‌سازد. بنابراین باعث افزایش رشدبلورهای آن ماده می‌شود. به عنوان مثال دررگه‌هایپگماتیت به علت وجود بخار آب و گازهای فراوان در ماده مذاب پگماتیتی ، بلورهابه مراتب درشت‌تر از بلورهای توده آذرین اصلی است، حال آنکه سرعت انجماد در رگه‌هایپگماتیت از سرعت انجماد توده آذرین اصلی بیشتر بوده است.
3. تراکم محلول :
   اندازه بلورها در یک محلول بستگی به درجه اشباعشدگی آن محلول دارد. در محلولهای فوق اشباع تعداد مراکز تبلور فراوان می‌باشد و درنتیجه اندازه بلورها کوچک خواهد شد. برعکس در محلولهائی با درجه اشباع شدگی کمترتعداد مراکز تبلور کم بوده و بنابراین اندازه بلورها درشت‌تر خواهد بود.

میانبار یا ادخال در بلورها

در حین رشد بلور ممکن است موادی به صورت جامد، مایع و یا گاز به سطح بلور بچسبد. ادامه رشد بلور باعث می‌شود که این مواد دردرون بلور قرار گرفته، موجب تشکیل ادخال در داخل بلور گردد، حبابهایی خیلی کوچکگاز کربنیکهمراه با آب در داخلبلورکوارتز و یا قطرات خیلی کوچک آب در بلورهای نمک طعام و نیز قطرات مواد مذاب غیرمتبلور (شیشه) در درونبلورهایفلدسپات ادخالهائی می‌باشند که همزمان با تبلور بلور در داخل آن قرار می‌گیرند.

اجتماع بلورها

اجتماع بلورها به دو صورت اجتماع منظم و نامنظم مشاهدهمی‌شود:

• اجتماع نامنظم :
  در این نوع ، اجتماع بلورها در جهات مختلف بدونرعایت نظم و ترتیب صورت می‌گیرد. مثلا در یک توده نبات یا در اختلاط گچ زنده با آبمی‌بینیم که گچ می‌بندد. سخت و یکپارچه شدن این ماده به علت تبلور مجددبلورهای ژیپس و چسبیدنآنها به یکدیگر صورت می‌گیرد.
• اجتماع منظم :
  
  هرگاه در زمان تشکیل و نمو بلورها ، شرایط مناسبباشد، نطفه‌های بلور بطور اتفاقی در کنار هم نمی‌گیرند، بلکه طبق قواعد معین با نظمو ترتیب خاصی با یکدیگر ، رشد و نمو خواهند نمود. صورتهای مختلف اجتماع منظم بلورهاعبارتند از:

o اجتماع کروی (اسفرولیتی :
اگر تبلور ماده مذاب سریع صورت بگیردو تعداد مراکز تبلور کم باشد، بلورها به شکل سوزنهای باریک و به صورت دستجات کروی وجدا از هم تشکیل می‌شوند، مانند بلورهای سوزنی شکل طلا وکلرور پتاسیمکه درسیستم کوپیکمتبلور می‌شوند.

o اجتماع موازی :
در این گونه تجمع ، بلورها بطور موازی در کناریکدیگر قرار می‌گیرند و دارای سطوح مشترکی می‌باشند. در اجتماع موازی بلورها معمولابلورهای هم‌جنس شرکت دارند، مانند بلور کوارتز.

o اجتماع بلورهای غیرهم‌جنس :
علاوه بر بلور هم‌جنس ، بلورهایغیرهم‌جنس نیز به نوبه خود تشکیل اجتماع منظم و یا جهت‌دار می‌دهند. این نوعاجتماعات بر پایه تشکیل نطفه بلوری بر روی بلور دیگری قرار دارد، به نحوی که سطحمشترک بین دو بلور از نظر ساختمان شبکه‌ای مشابه باشند. برای مثال ، اغلب بر رویبلورهای ورقه‌ای هماتیتبلورهای سوزنی شکلروتیل نمو نموده‌اند و در پگماتیتها بلورهای کوارتز در داخل بلور ارتوز به صورتاجتماع موازی دیده می‌شود.

اختصاصات مواد متبلور

اجسام متبلور به خاطر داشتن شکل مخصوص ، سختی ،خاصیت ارتجاعی ، مقاومت محدود در مقابل حرارت و فشار و نقطه ذوب از مایعات و گازهامتمایز می‌شوند. بعضی از مواد متبلور مانندپارافین نرم هستند و اجسامی مانند شیشه وپلاستیک هرچند که جامدند، ولی متبلور نمی‌باشند. بلورها اجسامی همگن و ان‌ایزوتوپ هستند. ان‌ایزوتوپ بودن بلور به این علت است که اختصاصات فیزیکی مانند سرعت انتشار حرارت ونور یا درجه سختی و غیره در جهات موازی آنها برابر می‌باشد و در جهات مختلف نابرابرمی‌باشد.

رنگ بلورها

هرگاه بخش اعظم نور از بلور عبور کند و فقط مقدار کمی از آنجذب گردد، بلورشفافدیده می‌شود و چنانچه مقدار نور جذب شده و نوری که ازبلور عبور می‌کند، تقریبا برابر باشد، بلورنیمه شفافبه نظر می‌رسد. درصورتی که اگر تمام نور وارده جذب گردد، بلورتیرهدیده می‌شود. هرگاه جذبنور برایطول موجهایمختلف متفاوت باشد، بلوررنگیبنظر می‌رسد.

بعضی از بلورها دارایرنگهای مشخص هستند، مثلامالاکیتدارای رنگسبزوازوریتدارای رنگآبی آسمانیمی‌باشد. تعدادی از بلورها در اصلبی‌رنگ می‌باشند، ولی در اثر وجود ناخالصی و یا پیگمان به رنگهای مختلفی دیدهمی‌شوند. مثلا کوارتز بی‌رنگ بوده، ولی در اثر ناخالص دارای رنگهای سفید ، بنفش ،دودی ، زرد ، صورتی و سیاه می‌باشد و یا وجودکروم به صورت پیگمان درکروندومباعث رنگ قرمز آن می‌شود.

برخی از کاربردهای بلورها

• بلورهایو نظایر آنها درساختن وسایل نوری بکار می‌روند.
• بلورهائی باخاصیت پیروالکتریستهمثلدر صنعتالکترونیک کاربرد دارند.
• بلورهای SiC در تهیه ترانزیستور و روبین یایاقوت در تهیهاشعه لیزر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  
  بلورها برحسب نوع ذرات تشکیل دهنده ونیروهای نگه دارنده این ذرات به چهار نوعبلورهای یونی،مولکولی ،کووالانسی (مشبک) ،فلزیگروه بندی می‌شوند.