(محدث 2023) تعريف البلورات وخصائصها

يوصف الجسم الصلب بأنه متبلور إذا كانت مكوناته مرتبة بشكل منتظم وتتميز بفواصل ثابتة في الأبعاد الثلاثة، وإذا كانت هذه الاعادة المنتظمة للذرات تظهر في اتجاه واحد أو اتجاهين تكون المادة شبه متبلورة. وفي حالة عدم كون الاعادة منتظمة والذرات مرتبة عشوائياً فيوصف الجسم الصلب بأنه غير متبلور “لا متبلور” مثل الزجاج.

وهكذا بناء على ذلك يمكن تعريف البلورة على أنها جسم صلب متجانس، له تركيب كيميائي، تكون بفعل عوامل جيولوجية تحت ظروف مناسبة من الضغط ودرجة الحرارة في الطبيعة، يحدها خارجياً أسطح مستوية تسمى أوجه بلورية، هذه الأسطح المستوية هي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم.

إن الذرات او الأيونات المكونة للمادة المتبلورة تترتب أثناء التكوين في نظام هندسي خاص بها، وليس بالضرورة أن يعكس هذا النظام أسطح مستوية لتتكون البلورة، إذ أن ظهور الأوجه البلورية يرتبط بعوامل مختلفة، أهمها:

1. أن تكون الذرات او الأيونات حرة الحركة أثناء الإنصهار لكي تقترب من بعضها البعض بناء على النسب الصحيحة للمعدن.
2. يجب أن تكون الظروف السائدة كذلك مناسبة من ناحية الضغط والحرارة والتركيز لكي تسمح للبلورة بالنمو والتكون بشكل بطىء ومتواصل.
3. بجانب أن تكون الأوجه البلورية النامية غير متوترة فيزيائياً لكي تسهل ترسيب المستويات الذرية الإضافية عليها.

قد يترتب بناء على ذلك تكون مواد متبلورة ليس لها أي أوجه بلورية، وتسمى في تلك الحالية عديمة الأوجه “Anhedral” أو يظهر عليها بعض الأوجه ويختفي البعض الاخر فتسمى ناقصة الأوجه “Subhedral”، أو تظهر جميع الأوجه البلورية فتسمى بلورة كاملة الأوجه “Euhedral”.

خصائص البلورات

1. الأوجه البلورية: تتميز البلورة بوجود الأسطح الخارجية المستوية التي تحدد شكل البلورة وهي في الحقيقة إنعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم الذي يميز المواد المتبلورة.
2. الأحرف: تحدث الأحرف نتيجة التقاء وجهين بلوريين متجاورين.
3. الزوايا المجسمة: تتكون نتيجة التقاء أكثر من وجهين بلوريين.
4. الشكل البلوري: هو مجموعة من الأوجه البلورية المتساوية والمتشابهه في الشكل والوضع والمساحة فمثلاً المكعب أو سداسي الأوجه يتكون من ست أوجه بلورية مربعة الشكل والمنشور الرباعي شكل بلوري مكون من أربعة أوجه رئيسية كل منها على شكل مستطيل. وقد تتكون البلورة من شكل بلوري واحد مثل المكعب أو سداسي الأوجه وفي هذه الحالة يسمى شكل بلوري مقفول لأنه يشغل بمفرده حيزاً معيناً من الفراغ أو قد تتكون من عدة أشكال مركبة مثل المنشور والمسطوح ويسمى كل منهما شكل بلوري مفتوح لأنه لم يتم لأي واحد منهما منفرداً تحديد حيز معين من الفراغ.

الأشكال البلورية المغلقة والمفتوحة

التماثل البلوري

إن جوهر عملية التماثل هو التكرار فنجد أن وجها من البلورة يتكرر عدة مرات وفي أماكن متماثلة وبنفس وضعه خلال الدورة الكاملة أي كل 360° لذلك يعرف التماثل بأنه العملية التي ينتج عنها أن تأخذ مجموعة من الأوجه المتشابه نفس المكان التي تشغله إحداها اذا أديرت البلورة دورة كاملة ويحدث التكرار أيضاً لأي ظاهرة موجودة على البلورة كالأحرف والزوايا المجسمة.

عناصر التماثل في البلورة

1.  مستوى التماثل: هو ذلك المستوى الذي يمر بمركز البلورة ويقسمها إلى نصفين متساويين ومتشابهين بحيث يكون أحدهما صورة مطابقة للنصف الآخر ويرمز له بالرمز (م).
2.  محور التماثل: هو ذلك الخط الذي إذا إستدارت البلورة حوله دورة كاملة 360° وبدون إزاحة تعود البلورة إلى وضعها الأصلي “بمعنى تكرر وجه أو حرف أو زاوية مجسمة” لعدد من المرات متخذاً في كل مرة نفس المكان والوضع، ويحدد عدد تكرار الظاهرة على البلورة درجة المحور، فيكون المحور ثنائي التماثل لو تكررت الظاهرة “حرف – وجه – زاوية مجسمة” مرتين خلال الدورة الكاملة أي خلال 360 درجة ويكون ثلاثياً إذا حدث التكرار ثلاث مرات أي كل 120 درجة ويكون رباعياً إذا حدث التكرار أربع مرات خلال 360 درجة أي كل 90 درجة ويكون سداسياً إذا حدث التكرار ستة مرات خلال الدورة الكاملة أي كل 60 درجة وهكذا.
   ويرمز للمحور الثنائي بالرمــز (⬬)، والثلاثي بالرمــز (▲)، والرباعي بالرمز (■)، والسداسي بالرمز (⬢).
   أو يشار إليها بالأعداد (2، 3، 4، 6) على الترتيب. ويجدر الاشارة الى أنه لا يوجد محور تماثل خماسي أو سباعي أو ثماني، وذلك لأن الوحدة البنائية القادرة على التكرار في الفراغ دون ظهر الفراغات البينية وهي الوحدات الثنائية، والثلاثية، والرباعية، والسداسية. بينما تكرار الوحدات الخماسية والسباعية والثمانية يؤدي الى ظهور فراغات بينية وهذا ما يتعارض مع مادة البلورة الصلبة، وطبيعة بنائها الذري الداخلي المنتظم، لذلك فإنه يجب أن يشغل الشكل الهندسي للوحدة البنائية المتكررة الفراغ الذي تشغله البلورة بالكامل دون أن يترك أي فراغات بينية.
3. مركز التماثل: هو نقطة توجد داخل البلورة، تتميز بأنه لو تم التحرك منها في اتجاهين متضادين متساويين “ذات البعد” لوجدنا نفس الظاهرة ، بمعنى آخر يجب أن يكون لكل وجه بلوري أو حرف أو زاوية مجسمة في جانب من البلورة وجه آخر بلوري أو حرف أو زاوية مجسمة مشابه له على الجانب الآخر المقابل من البلورة ولكل منهما بعد متساوي عن مركز التماثل “مركز البلورة” ويرمز لمركز التماثل بالرمز (ن).

أنماط الوحدات البنائية ذات التماثل البلوري في البلورات

قانون التماثل في البلورات

هو قانون يضم جميع عناصر التماثل الموجودة في البلورة مكتوبة في صورة رمز هذه العناصر، ومرتبة في نظام خاص حسب التدرج في درجة المحور، فالاعداد (2، 3 ،4، 6) تشير إلى المحاور المتماثلة السداسية والرباعية والثلاثية والثنائية على الترتيب والحرف (م) لمستوى التماثل (ن) لمركز التماثل.

مثالاً على بلورة المكعب أو سداسي الأوجه، إذا تم إستخراج كافة عناصر التماثل الموجودة ستكون كالتالي:

1. يوجد بالبلورة ثلاثة محاور رباعية التماثل، كل منها عمودي على مستوى تماثل، تتمثل في (4³/م).
2. بينما الأربعة محاور ثلاثية التماثل تتمثل في (3⁴).
3. كما أن المحاور ثنائية التماثل، يتعامد على كل محور مستوى (2 ⁶/م).
4. مركز التماثل (ن).

وبناء على ذلك تكون صيغة التماثل لتلك البلورة: (4 ³/م 3 ⁴ 2 ⁶/م ن).