ما هي كيمياء البلورات

2 إجابتان

نجد أن للبلورات دور مهم في حياتنا اليومية, لنبدأ من البلورات التي تعد إحدى المكونات الأساسية للقشرة الأرضية التي تسند أقدامنا يوميا, منها إلى الحلي والمجوهرات, و إلى ملح الطعام الذي لا تكمل أي وجبة من دونه, وحتى المشروبات التي تروي عطشنا بالإضافة إلى السكر والمعادن وحبيبات الثلج والفلزات المعدنية مثل الحديد والنحاس والفضة وغيرها, لذلك شكرا عزيزي القارئ لطرحك هذا السؤال القيم.

البلورات هي مواد صلبة متجانسة تنتظم ذراتها وجزيئاتها وأيوناتها ضمن بنية مجهرية مرتبة للغاية وبنموذج متكرر مما يشكل شبكة بلورية تمتد في جميع الاتجاهات, للبلورة بنية داخلية منظمة حيث يمكن أن نتصور أن البلورة الكبيرة مكونة من خلايا بلورية صغيرة متماثلة متراصة بجانب بعضها البعض.

يتم تصنيف البلورات من خلال شكلها الهندسي, فمن البلورات ما هو مكعب الشكل بالتالي نقول أن هذه البلورة تنتمي إلى نظام بلوري مكعب, ومنها ما هو مستطيل الشكل وهي تنتمي إلى نظام بلوري رباعي, البنية الخارجية للبلورة عبارة عن وجوه مسطحة ذات اتجاهات محددة ومميزة حيث يطلق على كل سطح اسم وجه بلوري.

العملية التي تتشكل البلورات من خلالها تعرف باسم عملية التبلور, وهي عملية تحدث أمام أعيننا عند تبخر ماء البحر و تبخر المحاليل المشبعة كما في تشكل بلورات اليود الصغيرة على جدران الأنبوب عند تبريده, و عندما يبرد مصهور, أو عندما يتكثف غاز ويتحول إلى الشكل الصلب مباشرة, تتنوع الأمثلة عند الحديث عن تشكل البلورات منها الشكل الأبسط كتشكل الجليد من الماء وإلى الأعقد منه تشكل الصخور الاندفاعية النارية المتبلورة كالكرانيت.

تتكون البلورات في الطبيعة عندما تنخفض درجة حرارة السوائل عن نقطة الانصهار بمعدل بطيء فتبدأ بالتصلب عندها. تنخفض حركة الذرات و تترابط مع بعضها البعض محاولة الحفاظ على الشكل المستقر ثم تتراص على هيئة شبكة بلورية ثلاثية الأبعاد ومن خلال تكرار هذه العملية تتشكل البلورات حيث أن أساس البناء البلوري هو التكرار.

تبدأ عملية التبلور من مركز متبلور صغير, تكبر مع انخفاض درجة الحرارة تحت نقطة الانصهار, وبعد مرور وقت على بدء هذه العملية تتشكل بلورة عيانية وتسمى عندها بلورة مفردة وبهذه الطريقة تتشكل مجموعة من البلورات القيمة كالألماس والزمرد والياقوت, أما في حال نشأت عدة مراكز متبلورة في ذات الوقت وتلاحمت عندها يطلق عليها اسم عديدات البلورات وهذا يعتمد على سرعة انخفاض درجة الحرارة.

تنقسم البلورات ضمن سبعة أقسام تعرف باسم الفصائل البلورية, ويمكن التعرف عليها على أساس المحاور التماثلية الموجودة في كل منها:

فصيلة المكعب: تشمل جميع البلورات التي تحتوي أربعة محاور ثلاثية التماثل.

فصيلة السداسي: تشمل البلورات ذات المحور الوحيد سداسي التماثل.

فصيلة الرباعي: تشمل البلورات ذات المحور الوحيد رباعي التماثل

فصيلة الثلاثي: تشمل البلورات ذات المحور الوحيد ثلاثي التماثل.

فصيلة المعيني القائم: تشمل البلورات التي تحتوي على ثلاث محاور ثنائية التماثل.

فصيلة الميل الواحد: تشمل البلورات ذات المحور الوحيد ثنائي التماثل.

فصيلة الميول الثلاثة: بلوراتها لا تحتوي أي محاور تماثلية.

يأخذ تشكل الزجاج ذات السبيل من حيث المنشأ لكن مع وجود فرق وحيد وهو انخفاض درجة الحرارة بشكل أسرع وبالتالي الشكل النهائي للزجاج يصنف على أنه مادة لا بلورية, حيث أن الفرق بين المادة المتبلورة وغير المتبلورة يكمن في التركيب الداخلي فإذا كانت الذرات مرتبة في نظام معين فالمادة متبلورة, وعند غياب تنظيم التركيب الداخلي فتعتبر المادة غير متبلورة . قديما كان يصعب التفريق بينهما عند غياب الأوجه البلورية, ولكن حديثا ساعدنا كل من الميكروسكوب أو الأشعة السينية على القيام بذلك.

لا تحقق البلورات خاصية الثبات عندما تتغير العوامل المحيطة بها كالتغيرات الحرارية وتغيرات الضغط, فمثلا الكربون يكون على شكل غرافيت أي يكون متبلور ضمن نظام بلوري سداسي عند درجة الحرارة العادية, بينما يتحول إلى ألماس “نظام بلوري مكعب” عند تطبيق درجة حرارة مرتفعة وضغط مرتفع.

أكمل القراءة

كيمياء البلورات (Crystal chemistry) هي فرع من فروع الكيمياء المعنية بدراسة خصائص المواد البلورية بما تحويه من ذرات أو جزيئات أو روابط بتراكيبها الداخلية من جهة وهياكلها وشكلها الخارجي من جهةٍ أخرى. والبلورات بشكل عام هي مواد صلبة تحوي في تركيبها ذرات أو أيونات أو جزيئات كيميائية تتميّز بترتيبها الداخلي وتنظيمها داخل شبكات ثلاثية الأبعاد يوجد بينها فواصل.

من المواد البلورية الكيميائية تستطيع تمييز بلورات اليود والكربون (المكوِّن للألماس عن طريق روابط تساهمية شبكية) والسليكون (المتبلوِر بواسطة الروابط التساهمية) والماء المتجمِّد (الذي ينشأ أيضًا بواسطة روابط تساهمية قطبية)، والعديد من المركبات الأيونية الذي تنشأ بواسطة الرابطة الأيونية بين الأنيونات والكاتيونات.

وبالطبع ليس كل مادة صلبة هي مادة بلورية، وبشكل عام تتميّز المادة البلورية الصلبة عن غيرها من هيكلها الداخلي وترتيب الذرات داخلها. فتتشكل البلورات بشكل أساسي عندما تقترب الجزيئات أو الأيونات أو الذرات من النواة المركزية لتشّكل نواة رئيسية مستقرّة، وتبدأ بعدها هذه الجزيئات بالنمو وزيادة الحجم حتى تأخذ الشكل النهائي بالأبعاد الرئيسية وسط شروط معيّنة مستقِرّة.

تُسمّى عملية تشكيل البلورة بالتبلور، ويُطلَق على أصغر وحدة متكوّنة في الشبكة البلورية اسم “وحدة الخلية” بحيث تكون المركز الأساسي لبناء الجسم البلوري بكامل أبعاده محاوره.

وبالاعتماد على كيمياء البلورات تتباين الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة البلورية تِبعًا لاختلاف البلورات الذي يُميَّز عن طريق حساب طول المحاور والزوايا المتشكّلة في هياكلها الداخلية، وبحسب ما ذُكِرَ للتوّ تستطيع أن ترى سبعة أشكال أو فصائل للبلورات هي:

البلورات المكعبة (Cubic): وهي أكثر أشكال النظام البلوري شيوعًا، فيشكّل هذا النمط أغلب المعادن والأملاح، وهو يحتوي بشكل عام على أربعة محاور ثلاثية التماثل أي متساوية وزواياها = 90 درجة، وتستطيع أن تميّز في هذا النظام ثلاث أشكال رئيسية:

  • نظام مكعب بدائي أو البسيط (The primitive cubic system) ويرمز له cp، ويكون بالشكل التالي:

كيمياء البلورات

  • نظام مكعب متمركز الجسم (The body-centered cubic system) ويرمز له cl، ويكون بالشكل التالي:

كيمياء البلورات

  • نظام مكعب متمركز الوجوه (The face-centered cubic system) ويرمز له cf، ويكون بالشكل التالي:

كيمياء البلورات

بلورات معينية متعامدة المحاور (Orthorhombic): ويتألف هذا النظام البلوري من ثلاثة محاور ثنائية التماثل، أي محاوره غير متساوية وتشكّل زوايا قائمة بينها ومن الممكن أن نرى عدّة أشكال منه، مثل النظام البلوري المعيني القائم متمركز الوجه، والنظام البلوري المعيني القائم متمركز الجسم والنظام البسيط وغيره، وهذا واحد من الأشكال:

كيمياء البلورات

بلورات أحادية الميل (Monoclinic): وتتكوّن هذه الفصيلة من محورٍ واحدٍ بتماثل ثنائي، أي محاورها الثلاثة غير متساوية واثنين منهم فقط متعامدين يشكّلان زاوية 90 درجة في حين الآخر يشكّل زاوية أخرى ممكن أن تكون زاوية حادة أي أصغر من 90  درجة، أو زاوية منفرجة أي أكبر من 90 درجة، ومن أشكال البلورات أحادية الميل:

كيمياء البلورات

البلورات ثلاثية الميل (Triclinic): هذه الفصيلة لا تحتوي أي محور بتماثل ثنائي، أي جميع محاوره غير متساوية وغير متعامدة وبالتالي الزوايا غير متساوية، وتكون بالشكل الهندسي التالي:

كيمياء البلورات

البلورات ثلاثية الزوايا (Trigonal): تكون محاورها بتماثل ثلاثي عمودية على المحاور الأفقية، أي محاورها الثلاثة متساوية لكن زواياها لا تساوي 90 درجة، كما في الشكل الهندسي التالي:

كيمياء البلورات

البلّورات سداسية الشكل (Hexagonal): وتكون محاورها سداسية التماثل، أي اثنين من الأطوال متساويين ويتشكّل زاوية مقدارها 90 درجة وزاوية مقدارها 120 درجة، كما في الشكل التالي:

كيمياء البلورات

بلورات رباعية الزوايا (Tetragonal): تكون محاورها رباعية التماثل، أي اثنين من الأطوال متساوية وجميعها متعامدة وبالتالي جميع الزوايا مقدارها 90 درجة، كما في التمثيل الهندسي التالي:

كيمياء البلورات

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي كيمياء البلورات"؟