تاریخچه کانی شناسی و برسی تشکیل و رشد بلور

تاریخچه کانی شناسی:

زمین و آنچه در آن وجود دارد از زمان های بسیار قدیم انسان را به خود مشغول داشته و به نسبتی که تمدن پیشرفت حاصل کرده است انسان اشیاء موجود در طبیعت را بیشتر مورد استفاده قرار داده است. از جمله اشیاء موجود در طبیعت سنگ ها و مواد معدنی و کانی ها هستند که انسان ما قبل تاریخ بسیاری از آنها را می شناخته است و اسبابها و ابزارهای مورد احتیاج خود را از آنها تهیه می کرده است.

در طبیعت قبل از هر چیز بیشتر سنگ ها توجه انسان اولیه را به خود جذب کرده اند، زیرا انسان اولیه از آنها می توانسته است ابزارهای مختلفی تهیه کند. تا زمانی که انسان هنوز به فلزات دسترسی پیدا نکرده بود، لبه تیز سنگ را به عنوان تبر، داس، چاقو، سرنیزه و غیره مورد استفاده قرار می داد. در دوره ی پیش از تاریخ که انسان آلات و ادوات خود را از سنگ تهیه می کرده است، صنعت سنگتراشی هم رواج کامل داشته است.

برای تهیه ابزار سنگی، سنگ های بیشتر مورد استفاده قرار می گرفتند که سختی و مقاومت آنها بیشتر از سایر سنگ ها است. سنگ هایی که از این نظر بیشتر مورد توجه قرار داشتند عبارتنداز: سنگ آتشزنه (چخماق)، کوارتزیت، ابسیدین، کوارتز، ژاسپ و غیره که سختی بیشتری نسبت به سنگ های دیگر دارند. انسان اولیه برای استفاده از این سنگ ها به استخراج آنها پرداخته و بسیاری از این سنگ ها را برای ساکنین سرزمین هایی که فاقد این گونه سنگ های سخت بوده اند به عنوان اشیاء قیمتی حمل می کرده است و تجارت اشیاء سنگی در این دوره رواج کامل داشته است.

دوره پیش از تاریخ، که کلیه وسایل مورد احتیاج انسان از سنگ و یا بوسیله ی سنگ های سخت تهیه می شد به دو دوره ی پارینه سنگی و نوسنگی تقسیم می شود. در دوره ی پارینه سنگی انسان سنگ ها را به طور طبیعی به کار می برده است و تراشیدن و صیقلی کردن آنها را هنوز نمی دانسته است ولی در دوره نوسنگی انسان بوسیله سنگ های بسیار سخت مانند سنگ های آتشزنه و قطعات کوارتز، سنگ های دیگر را می تراشیده و آنها را صیقلی می کرده است.

در این دوره انسان بوسیله سنگ های سخت بر روی دیوار نماهایی که محل سکونت او بوده اند، تصاویر مختلفی را از کارهای روز مره خوداز قبیل صحفه هایی از شکل و جنگل و غیره حکاکی و نقاشی می کرده است. هر یک از این دو دوره نیز به دوره های کوچکتری تقسیم می گردد و هر کدام از این تقسیمات جزء هم به نوبه خود نام محلی که اسباب ها و ابزارهای انسان اولیه را در آنجا یافته اند نامیده می شود.

انسان اولیه در حدود پنجاه تا صد هزار سال پیش از میلاد برای نقاشی بر روی سنگ ها از کانی هایی مانند:افرای قرمز و افرای زرد و اکسید منگنز برای تهیه رنگ های قرمز، زرد و بنفش استفاده می کرده است، بنابراین به نظر می رسد که این کانی ها نخستین مواد معدنی باشند که انسان به استخراج و استفاده از آنها پرداخته است. در این زمان انسان بلورهای شفاف کوارتز و همچنین کهربا را به عنوان سنگ هایی قیمتی می شناخته و از آنها گردن بند و سایر اشیاء زیستی برای خود تهیه می کرده است.

عصر فلزات از زمانی شروع می شود که انسان فلزات را شناخته و توانسته است آنها را استخراج و مورد استفاده قرار دهد. در اوایل این عصر انسان: طلا، نقره، آهن را ابتدا به صورت خالص پیدا کرده است، زیرا این فلزات امروزه هم گاهی به طور خالص یافته می شوند.

نظر به این که ذوب سنگ های مس و استخراج آن مهمتر از سایر فلزات می باشد لذا انسان پیش از تاریخ در حدود 4500 سال قبل از میلاد موفق به استخراج مس گردیده است و این فلز را زودتر از سایر فلزات مورد استفاده قرار داده است. مصری های قدیم مقارن این زمان رگه های کانی مس را در ناحیه سینا استخراج می کردند. آثار استخراج آنها تا امروز به خوبی باقی مانده است. پس از کشف مس انسان قلع را شناخته و به استخراج آن پرداخته است. در حدود سال 2800 پیش از میلاد انسان از آلیاز مس و قلع به نسبت فلزی دیگری به نام مفرغ تهیه کرده است که سختی و مقاومت آن، هم از مس و هم از قلع بیشتر است. در این دوره چون انسان اسباب ها و ادوات خود را بیشتر از مفرغ می ساخته است به همین جهت این دوره را دورۀ مفرغ نامیده اند. در همین زمان انسان، آهن را هم می شناخته و کم و بیش آن را استخراج می کرده است ولی آهن به علت مشکل بودن ذوب آن خیلی کمیاب بوده است. در سالهای 1600 تا 1300 پیش از میلاد استخراج آهن در نزد هیتیتها که اقوامی ترک نژاد بوده اند رواج داشته است و امروزه آثار این استخراج در حوالی شهر آنکارا به خوبی دیده می شود.

مصری ها در حدود 3000 سال پیش از میلاد ساختن شیشه را بوسیله ذوب کردن ماسه های سیلیسی می دانسته اند.

چندین سال پیش از میلاد، چینی ها به استخراج نمک طعام پرداخته بودند، اهالی شهر قدیمی یونان موسوم به آکریژانیت واقع در سیسیل در قرن اول میلادی چراغ های خود را به وسیله نفت روشن می کردند. یونانی ها در شهر قدیمی آتیک به وسیله غلامان و اسیران جنگی خود به استخراج سرب نقره دار پرداخته بودند. این سرب نقره دار یکی از منابع ثروت و قدرت آتن آن روز بوده است. در این ناحیه آثار استخراج سرب تا به امروز به خوبی محفوظ مانده است. کارگران یونانی در این ناحیه برای استخراج رگه های سرب دالانی به طول 150 متر حفر کرده اند و آن را به وسیله چاه هایی که به طور عمودی حفر شده است به خارج راه داده اند تا سرب استخراج شده را بتوانند بیرون بیاورند.

تعریف بلور:

بیشتر مواد پس از ذوب شدن اگر به آهستگی سرد و منجمد شوند شکل مشخص به خود می گیرند که به آن «بلور» می گویند. اگر مقداری محلول نمک طعام را بگذاریم به تدریج تبخیر شود و یا مقداری گوگرد مذاب را با تأنی سرد کنیم مشاهده می شود که نمک طعام و گوگرد به شکل هندسی منظم خاصی تبلور می گردند بیشتر اجسام دارای شکل خاص و معینی هستند که همیشه به همان شکل متبلور می شوند و بنابراین یکی از وسایل تشخیص اجسام و به خصوص کانیها، شکل خارجی بلور آنهاست که آن نیز تابع قرار گرفتن ملکول ها در داخل جسم می باشد.

بلور یکی از حالت های اجسام جامد همگن است که در انها اجزایی تشکیل دهنده دارای نظام سه بعدی هستند و به سطح های خارجی صاف و منظم محدود می شود که این نظم بیرونی بازتاب نظم درونی بلور است.

در تعریف بلور به خاصیت همگنی اشاره کردیم همگنی عبارتست از یکنواخت بودن عناصر تشکیل دهنده یک جسم به عبارت دیگر همگانی یکنواخت ترکیب شیمیایی عناصر تشکیل دهنده یک بلور را شامل می شود و می توانیم بگوییم در تمام قسمت های «Nacl» بلور نمک طعام ترکیب شیمیایی است.

اجسام جامد طبیعی که غالباً شکل بلورین دارند. «کانی» نامیده می شود.

از تجمع کانی های مختلف که شکل بلورین دارند سنگ ها بوجود می آیند. سنگ ها معمولاً دارای ترکیب شیمیایی غیر یکنواخت و نا همگن هستند و یک کانی به تنهایی همگن و بلورین است و از تجمع کانی ها سنگ های نا همگن به وجود می آید.

بلورها معمولاً از مواد مذاب مایعات و بخارهای مواد جامد تشکیل می شوند در تشکیل بلورها از ماگما و بخار، در اثر پایین آمدن دما مواد از حالت مایع و بخار به حالت جامد در می آیند. تشکیل بلورها از مایعات هم در فصل گرما و هم در فصل سرما صورت می گیرد.

در بین ذرات سازنده مواد بلورین نیروهای مختلفی وجود دارند نیروی جاذبه بالکونی است که سبب جذب ذرات غیر همنام می شود.

با قرار گرفتن مرتب یونها و ملکولها در یک بلور چنین به نظر می رسد که شبکه های اولیه مشابه بطور موازی روی یکدیگر قرار دارند.

و رئوس آنها یا محل گره خوردگی بوسیله این ذرات اشغال شده اند.

هر شبکه اولیه تشکیل واحد بلور را می دهد که بوسیله 6 پارامتر مشخص می گردد.

این شکل ها به تعداد و نوع اتم های سازنده بستگی دارد زیرا نیروهای جاذبه و دافعه بین اتم های مختلف فرق دارند و ابعاد این اشکال هندسی حدود انگسترم است ( ) که با کنار هم قرار گرفتن این واحدهای شبکه در سه جهت بطور نا محدود معمولاً تکرار می شود. اگر نقطه ای را مبداء در نظر بگیریم ملاحظه می شود که با تکرار این نقطه و رعایت فواصل مساوی در سه جهت شکل کریستال ساخته می شود. سه جهتی که به آن اشاره شد می توانند سه جهت متعامد و یا سه جهت با زوایای مختلف نسبت به هم باشند که معمولاً با زوایایی مشخص می شوند. این فواصل و زوایا را ثوابت شبکه می نامند.

مفهوم ساختمان بلورین و شبکه تبلور:

سه بردار:

بردارهای واحد هستند که در امتداد گره های oz و oy و ox واقع شده اند.

صفحه ای که مجموعه گره ها در آن واقع شده اند (سطح شبکه) نامیده می شود.

این صفحه محورها را در نقاط و و قطع می کنند در شکل زیر بطوریکه و سطح شبکه بوسیله ضرایب میلر مشخص می شود. ( ).

در این شکل صفحه ( ) 321 p نمایش داده شده است.

بر حسب تعداد و طبیعت عناصر تقارن موجود در یک بلور، ممکن است آنرا به یکی از هفت چند وجهی های صفحه ی بعد نسبت داد که عبارتنداز چند وجهی های اولیه مربوط به هفت دستگاه تبلور. خاطر نشان می کنیم که در این چند وجهی ها تعداد پارامترهای مشخص کننده تبلور، از 1 تا 6 پارامتر ترقی می کند.

و طبق توضیحات و اشکال قبل هر یک از مواد معدنی در یکی از سی و دو کلاس (رده) هفت سیستم تبلور تبلور میگردد.

1. سیستم کوبیک Cubique (lsometric) یا مکعبی شکل که دارای 5 رده است.

2. سیستم کوادراتیک Quadratique یا تتراگونال Tetragonal یا مربعی که دارای 7 رده است.

3. سیستم هگزاگونال Hexagonal یا مسدسی که دارای 7 رده است.

4. سیستم دومبوئدریک Rhomboedrique یا تریگونال (Trigonal) یا لوزی وجهی که دارای 5 رده است.

این سیستم را مری ئدری Meriedrie سیستم هگزاگونال نیز در نظر می گیرند (سیستم هگزاکونال زیر سیستم تریگونال).

5. سیستم اورتوردمبیک Orthorhombique ( رمبیک Rhombique) یا راممت لوزی که دارای 3 رده است.

(محور درجه 2 عمود بر سطح تقارن 3- محور درجه 1و3- یک محور درجه 2و2 سطح تقارن)

6. سیستم منوکلینیک Mono clinique یا کج لوزی که دارای 3 رده است.

(یک محور درجه 2- یک سطح تقارن و یا هر دو)

7. سیستم تری کلینیک Triclinique یا کج وجهی دارای 3 رده است.

(یک محور درجه 1 یا یک مرکز تقارن)

پارامترهای بلورشناسی را به علائم a وb وc ومقدار عددی آنها را بر حسب انگستروم Angstroen (( نشان میدهند.

پارامتر a در امتداد محور x و b در امتداد محور y وc در امتداد محور z بلورشناسی قرار دارد.

کانی های سیستم کوبیک دارای یک پارامتر a و کانی ها سیستم تتراگونال (کودراتیک)، هگزاکونال و رومبوئدریک هر یک دارای دو پارامتر a وc و بالاخره کانی های تبلور در سیستم اورتوربیک، مونولینیک و تریکلنیک هر کدام دارای سه پارامتر aوbوc می باشد.

هنگام توصیف پارامترهای واحد شبکه، در کانی های سیستم مونولینیک زاویه و در کانی های تری کلینیک زاویه و و بین محورهای بلورشناسی را نیز ذکر می نمایند.

همانطور که امروزه متداول است سطح بلورین کانیها بطریق میلر Miller نامگذاری شده است بطور مثال سططحی که محور x را قطع نموده است و به موازات محورهای y وz می باشد به علامت (100) نشان داده می شود حرف z در واحد شبکه علامت عده فرمول های کانی در آن است.

مکعبی Cubic
تتراگونال Teragonal
ارتومبیک Orthorhombic
رمبهدرال Rhombohedral (ترنگونال) (Trigonal)
هگزاگونال Hexagonal تریگونال Trigonal))
منولینیک Monoclinic
تریلینیک Triclinic

تشکیل و رشد بلورها:

کریستال ها معمولاً از حالت های مذاب، بخار و محلول مواد شکل میگیرند. در این حالت ذکر شده اتم ها نا منظم می باشند و با تغییر درجه حرارت، فشار و یا غلظت، اتم ها در آرایشی منظم به هم مربوط شده و شکل کریستال را می سازند. به عنوان مثال اگر محلول آب نمک بر اثر حرارت آب آن تبخیر گردد به نقطه ای می رسد که دیگر محلول پایدار نبوده و نمک طعام جامد از محلول رسوب می کند. اگر سرعت تبخیر آب بسیار کم باشد، بلورهای درشتی از نمک نتیجه خواهد شد و در صورت تبخیر سریع آب کریستال ها ریز می شوند.

اگر ماده ای را در حلالی حل کنیم، با پائین آوردن درجه حررات محلول فوق اشباع شده و امکان رسوب ها جامد پیش می آید. با ازدیاد فشار نیز در رسیدن محلول به فوق اشباع تسریع می شود. و به کمک این دو عامل فاز جامد از مایع رسوب میکند. کریستال نیز ممکن است از حالت مذاب شکل بگیرد. هنگامی که ذرات یک ماده در حالت مذاب آزادانه حرکت می کنند با سرد شدن در درجه حرارتی که نقطه انجماد ماده است اتم ها در فاصله ای مشخص به طور منظم در کنار هم متوقف شده و شکل کریستال ماده را به خود می گیرند و با سرد شدن جامد فاصله ذرات نیز به طور یکنواخت کم می شود. برای مثال شنگ های آذرین از مذاب آتشنشان هایی ناشی می شوند که همزمان با سرد شدن مذاب مواد مختلف در آتشفشان در کنار هم جمع شده و بلورهای مختلف را می سازند. تشکیل کریستال از فاز بخار نیز ممکن است، بترتیبی که ذرات با سرد شدن بخار به هم نزدیک شده و با از دست دادن انرژی داخلی فاصله بین آنها کم می شود تا حدی که به فاصله مورد نیاز جهت تشکیل یک واحد کریستال نزدیک و در درجه حرارت مشخص ذرات بخار بلورهای جامد می سازند. برای مثال کریستال های برف که از سرد شدن بخارات آب موجود در هوا فرم می گیرند. تهیه کریستال ها به طور مصنوعی با استفاده از سه روش بالا بسیار معمول است. یکی از طریق تهیه کریستال کوارتز کم مصرف الکترونیکی دارد (مبدل امواج مکانیکی به الکرونیکی و بر عکس).

روش هیدروترمال و رشد در محلول فوق اشباع می باشد. با این روش کریستال های به طول تقریبی 25 و قطر 7 سانتی متر به طور مصنوعی رشد داده می شوند.

روش مذاب نیز برای تهیه و رشد کریستال های ژرمانیم Ge، سیلسیم Si، یا قوت

(O3 AL2 یا ناخالصی کرم) و بسیاری از کریستال های دیگر که مصرف صنعتی دارد مورد استفاده قرار می گیرد. برای این کار معمولاً مذاب را در بوته ای مهیا نموده و کریستال کوچکی که از قبل تهیه شده است بنام تخمک مماس بر سطح قرار میدهند. با چرخش و بالا کشیدن این تخمک به آهستگی مذاب به دنبال منجمد می شود.

تولید کریستال های مصنوعی با استفاده از بخار آن ماده معمول است. بترتیبی که کریستال بسیار ریز (تخمک) آن ماده را در کپسولی که بخارات آن ماده وجود دارند قرار داده و نشستن بخارات به آهستگی بر روی سطوح کریستال ریز به طور منظم سبب رشد و بزرگ شدن کریستال میگردد. ممکن است در یک کپسول جامد ماده و تخمک از آن ماده را در طرف دیگر کپسول قرار داده و ماده جامد را حرارت دهند، به ترتیبی که تخمک حرارت نبیند و و جامد بخار شده به طرف تخمک برود و سبب رشد آن گردد.

به طور کلی اگر شرایط انجماد ماده ای به ترتیبی باشد که اتم ها فرصت آرایش گرفتن نداشته باشند، فرم حاصله نظمی نداشته و بدون شکل هندسی خواهد شد که در این صورت ماده آمورف (Amorphoua) یا بی شکل نامیده می شود، از قبیل شیشه ها که جامد بی شکل هستند و کریستاله نمی باشند. باید در نظر داشت که این پدیده ممکن است از خصوصیات خود ماده باشد و هرگونه سرد شود عمل بالا صورت و ماده آمورف گردد. منظور از نظم برای مواد آمورف در مقیاسی بزرگ می باشد، زیر در مقیاس بسیار کوچک تجمع اتم ها در کنار هم منظم بوده ولی این نظم در مقیاس بزرگ رعایت نمی شود.

ساختمان مالیات نیز مشابه ساختمان مواد آمورف می باشد. از آنجائیکه در انجماد یک ماده آمورف تغییر حالت کریستالی رخ نمی دهد، لذا نقطه مشخصی به عنوان انجماد برای مواد آمورف وجود ندارد و این مواد در سرد شدن ابتدا خمیری و سپس منجمد میگردند.

تشکیل و رشد بلورها:

روش مذاب نیز برای تهیه و رشد کریستال های ژرمانیم Ge، سیلسیم Si، یا قوت

شکل ظاهری بلورها:

سطح بلورها ممکن است صاف باشد مانند سطح های و در کوارتز، بعضی از سطح ها ممکن است مخطط باشند مانند سطح های e2 در کوارتز.

شفافیت:

بعضی از کانی ها شفاف بوده و به خوبی نور از آنها عبور می کند و اشیاء را از پشت آنها می توان دید مانند بعضی از بلورهای کوارتز و اسپات ایسلند و گچ و غیره. برخی دیگر از کانی ها نیمه شفاف بوده ولی به خوبی نمی توان از پشت آنها اشیاء را مشاهده کرد. در میان کانی ها عده زیادی هم کدر می باشند. کانی های کدر ممکن است رنگین بوده مانند یاقوت، رنگش قرمز و زرد رنگش سبز است.

شفاف بودن کانی ها با ضخامت آنها تغییر می کند. هرگاه قطع نازکی از کانی ها کدر تهیه شود قطع مزبور اغلب شفاف بوده و نور را از آن می گذرد.

قابلیت چکش خوری و مفتول شدن:

بعضی از کانی ها مخصوصاً فلزها بر اثر کشیدن یا تحت تأثیر ضربه چکش به صورت مفتول به صورت ورقه نازک در می آیند. اگر کانی متبلور باشد قابلیت کشش آن در جهت های مختلف فرق می کند. به این خاصیت کانی ها چکش خوری و مفتول شدن گفته می شود.

هرگاه کانی بر اثر تیغه چاقو تراشیده شود می گویند که کانی برش پذیر (Sectile) است.

پایداری:

مقاومت کانی را در مقابل کشش پایداری (Tenacite) می نامند و بنابراین خاصیت را با سختی کانی اشتباه کرد. مثلا سختی لیشم (Jade) که سیلیکاتی از کلسیم، منیزیم، آهن است خیلی کمتر از الماس که سخت ترین کانی ها است می باشد، در صورتی که پایداری آن از الماس خیلی زیادتر است. پایداری خاصیت مقاومت کانی در مقابل فشار و ضربه نیز می باشد. بنابراین میزانی از استحکام جسم است.

پایداری را بوسیله رابطۀ: می توان اندازه گرفت. اندازه گیری پایداری کانی ها عمل بسیار دقیق است. پایداری کانی ها در جهت های مختلف فرق می کند و در امتداد رخ ها دارای کمترین مقدار می باشد.

شکنندگی:

شکنندگی یا عدم چسبندگی بر خلاف پایداری است که موجب شکستن جسم تحت تأثیر ضربه یا فشار می گردد.

شکستگی:

محل شکستگی در کانی ها متفاوت است. مثلا در بلورهای قابل تورق گچ، شکستگی تیغه ای وجود دارد. در بعضی از گچ ها که قطع آنها شبیه به محل شکستگی قند است می گویند دارای شکستگی قندی شکل است. برخی دیگر از گچ ها و آراگونیتها شکستگی لیفی می باشند.

بعضی از کانی ها به صورت رشته های شعاعی شکل رسوب کرده اند شکستگی شعاعی وجود دارد مانند مارکاسیت. در بعضی دیگر از کانی ها مانند کوارتز سطح شکستگی ناصاف است. در این صورت می گویند دارای شکستگی صوفی است.

محل پیدایش کانی ها:

همانطور که قبلاً ذکر رشد کانی ها مواد تشکیل دهنده سنگها می باشد. بنابراین آنها را ممکن است در سنگ های آذرین، دگرگونی یا رسوبی مشاهده نمائیم. بعلاوه ممکن است در تشکیلات رگه ای همراه مواد دیگر و یا بطور مستقل نیز تشکیل شده باشد.

از نظر کلی کانی های سنگ های آذرین حرارت بیشتری را تحمل نموده است در صورتیکه هر یک از مواد معدنی سنگ های دگرگونی تقریباً در حرارت (T) و فشار (P) یعنی تشکیل گردیده است. بلاخره بیشتر کانی های سنگ های رسوبی در شرایط معمولی حرارت و فشار به وجود می آید مگر آنکه منشأ تخریبی داشته باشد.

برای محل پیدایش کانی ها اصطلاح ژیزمان (Gisement) را نیز می توان به کار برد و به مجموعه ای از چند کانی مختلف که در یک سنگ با یکدیگر دیده می شود. اصطلاح پاراژنز (paragenese) را می دهند. بعبارت دیگر پراژنز عبارتست از عده ای از مواد معدنی متفاوت که در تحت شرایط فشار و حرارت یکسانی تشکیل گردیده و بنابراین با یکدیگر همراه است.

به طور خلاصه عمده ترین سنگ های پوسته جامد زمین به قرار زیر می باشد.

1. سنگ های رسوبی (Roches Sedimentaires): مهمترین و فراوان ترین سنگ هاس رسوبی عبارتست از از سنگ های رست دار یا پلیتی (Pelitiqne)، سنگ های آهکی، ماسه سنگ ها یا مخلوطی از این سه نوع سنگ.

2. سنگ های آذرین(ROCHES LGNEES یا R.eruptive): این سنگ ها به دو گره تقسیم می شوند یکی سنگ های آذرین بیرونی یا آتش نشانی (Volcanique) که انجماد آنها در سطح زمین صوت گرفته (مثال: ریولیت ها، با زالت ها و غیره) و دیگری سنگ ها آذرین درونی یا پلوتونیک (Plutonique) که در ریز پوسته جامد زمین تشکیل یافته است (مثال گرانیت ها، دیوریت ها و غیره).

سنگ های آذرین اعم از درونی یا بیرونی از لحاظ ترکیب شیمیایی و در اصطلاح زمین شناسی ممکن است اسید (Acide)، قلیایی (Alkaline)، حد واسط (lntermediaire)، بازیک (Basique) یا اولترا بازیک (Ultrabasique) و غیره باشد.

سنگ هایی را اسید گویند که حاوی سیلیس (Sio2) فراوان است و در نتیجه کانی هایی از قبیل کوارتز، فلدسپات های قلیایی و موسکویت (Muscovite) در آنها به طور زیاد دیده می شود.

در سنگ های قلیایی مقدار عناصر سدیم و پتاسیم بالاست و به همین جهت فلدسپات های قلیایی از قبیل اورتوز (Orthose)، میکروکلین (Microcline)، آلبیت (Albite)، آنورتوز (Anorthose) به طور فراوان در آنها دیده می شود که ممکن است با فلدسپاتوئیدها (Feldespathoids) یا کانی های دیگر سدیم یا پتاسیم دار (از قبیل آمفیبول ها و پیروکسن ها سدیم دار) همراه باشد. از این نوع است سنگ هایی مانند سینیت ها و تراکیت ها.

اصطلاح سنگ حدواسط در مورد بکار می رود که مقدار SIO2 آن بین 52 تا 66 درصد باشد.

سنگ هایی را بازیک خوانند که مقدار سیلیس آنها کم و در نتیجه دارای کانی هایی (از قبیل آمفیبول ها، پروکسن ها، بیوتیت و الیوین) است که عناصر بازیک فلزی (Fe,Mg) فراوان دارد و نام سنگ های مافیک (Mafic) را نیز به آنها می توان داد.

سنگ های اولترا بازیک شامل عده ای از سنگ های آذرین و اغلب سنگ های آسمانی Meteorite است که تعداد سیلیس آنها کمتر از 45 درصد بوده و فاقد کوارتز یا فلدسپات می باشد. کانی های اصلی این سنگ عبارتست از سیلیکاتهای فروفیزین (از قبیل الیوین، پیروکسن و آمفیبول) که معمولاً با کانی های فرعی از قبیل اکسیدهای فلزی با فلزات خالص همراه می باشد. به طور مثال از این دسته سنگ ها پریدوتیت ها (Peridotites) و پیروکنسیت ها (Pyroxenites) را می توان نام برد.

یاد آوری می نماید که عده ای از سنگ های آذرین دولریت ها (Dolerites) در قسمت های

نیمه عمیق پوسته جامد زمین تشکیل شده و به صورت رگه، سیل (Sill) و غیره دیده می شود.

3. سنگ های دگرگونی (Roches metamorphiques): این سنگ ها به سه دسته تقسم می شوند. حرکتی، ناحیه ای و مجاورتی

سنگ های دگرگونی حرکتی (Roches dynama- metamorphiques )از نظر کانی شناسی اهمیت چندانی ندارد می توان گفت کانی جدیدی در آنها تشکیل نمی گردد. این سنگ ها در اثر فشارهای کوهزائی خرد شده است.

سنگ های دگرگونی ناحیه ای (Meta.regional) تحت تأثیر شرایط حرارت و فشار زیاد قرار گرفته (مخصوصاً فشارهای جهت دار) و بنابراین کانی های موجود در آنها نیز این شرایط را تحمیل نموده است. مهمترین سنگ هایی دگرگونی ناحیه ای بر حسب بالا رفتن شدت متامورنیسم (در قسمتی که حرارت و فشار زیاد می شود) عبارتست از کلرتیوشیت (chloritoshiste)، میکاشیت (Micashiste)، گنیس (Gneiss) و لپتی نیت (Leptinite). این سنگ ها معمولاً در محل ژئوسنکلینال های قدیم بوجود آمده است.

سنگ های دگرگون مجاورتی (Roches de met.de contact) بر اثر مجاورت سنگ های رسوبی با سنگ های آذرین تشکیل می گردد. به عبارت دیگر هنگامی که سنگ های آذرین هنوز حرارت اولیه خود را از دست نداده است بر سنگ های رسوبی اطراف خود تأثیر نموده به همین سنگ های مورد بحث را سنگ های دگرگونی کمتر است. به طور کلی سنگ های دگرگونی مجاورتی بر حسب بالا رفتن درجه متامورفیسم به دو دسته تقسیم می شوند یکی شیت های لکه دار (Schiste tachete) و دیگری کرنئین ها (Coreennes). کرنئین های میکادار از کرنئین های فلدسپات دار شدت دگرگونی ضعیف تری را تحمل نموده است.

محورهای بلورشناسی:

برای مشخص کردن و بررسی هندسی کریستال ها بهترین راه تعریف محورهایی است که در سه جهت فضایی به طور فرضی مجسم می کنند. این محورها مشابه محور مختصات در ریاضی می باشد در حالیکه فاقد ارزش محاسبات ریاضی هستند. این سه جهت فضایی را با سه بردار a وb وc به طول واحد a0 وb0 وc0 که زواای بین آنها و و هستند مشخص می کنند. و و و a0 وb0 وc0 همانطوریکه قبلاً هم به آن اشاره شد به ثوابت یا پارامترهای شبکه معروفند. (Lattice constant و یا parameters lattice).

در اینجا لازم است توضیح داده شود که با انتقال موازی این سه بردار واحد شبکه ساخته می شود. ثوابت شبکه را به طور قراردادی معمولاً برای سهولت تجسم در مقابل یک ناظر در جهات معین و به ترتیب زیر تعریف می کنند:

1) بردار a به طرف ناظر است، همان محوری که در ریاضیات معمولاً با محور xها نشان می هند.

2) بردار b امتدادش از سمت چپ به طرف راست می باشد (محور yها)

3) محور c که جهتش از پایین به بالاست (محور zها)

4) زاویه بنابه تعریف زاویه بن بردارهای b وc می باشد.

5) زاویه زاویه بین بردارهی aوc می باشد.

6) زاویه زاویه بین بردارهای a وb می باشد.

محورهای بلورشناسی نیز مانند محورهای هندسی دارای یک مبدأ هستند که دارای علامت مثبت و منفی هستند قسمت مقابل بیننده مثبت و قسمت مخالف آن منفی است از محور a قسمت سمت راست مثبت و قسمت چپ منفی است از محور b قسمت بالایی مثبت و قسمت پایین منفی است از محور c ...

شبکه های براوه:

شبکه های چهارده گانه براوه توسط شخصی بنام براوه A. Bravais در سال 1848 میلادی اثبات شده است که از حرکت یا انتقال (Translation) یک نقطه به طور مکرر درسه بعد فقط چهارده شکل فضایی ممکن است ساخته شوند در صورتیکه دو شرط زیر رعایت گردد:

الف) اشکال بوجود آمده در کنار هم که ناشی از تکرار منظم نقاط می باشند همه یک شکل باشند برای مثال مکعب مستطیل قرار نگیرد.

ب) فضای خالی بین این اشکال باقی نماند. برای مثال در سطح اگر اشکال هندسی پنج ضلعی منظم را در کنار هم قرار دهیم هیچگاه سطح را کاملاً نمی پوشاند و بین پنج ضلعی ها اشکال دیگر باقی خواهند ماند. بدین ترتیب در گروه بندی ساده کریستال ها شکلی که پنج ضلعی منظم در ان دیده شود تعریف نشده است.

لازم به توضیح است که در سال 1842 میلادی فردی به نام فرنکن هایم Frankenheim بر اساس پانزده شکل پیشنهاد کرده بود که براوه دو سال بعد اثبات نمود که دو شکل از این گروه شبیه به هم هستند.

این چهارده شکل فضایی که در شکل نمایش داده خواهد شد به نام شبکه های براوه معروفند. همانطور که ملاحظه خواهید کرد اختلاف این اشکال با یکدیگر در زاویه بین سه امتداد حرکت یا انتقال مبدأ در سه جهت و و و مقدار این حرکت a وb وc می باشد.

در تعدادی از این چهاده شکل نه تنها در کنج ها بلکه در مرکز و یا وسط و همین طور در مرکز شکل نقاطی ملاحظه می گردد آن اشکالی که فقط در کنج ها نقاطی دارند به انواع کریستال های ساده و یا ابتدایی موسومند.

گروه دوم که در شکل آمده است اشکال با قاعده های مرکز دار (Base centred) معروفند که سه شکل در این ستون دیده می شوند گروه سوم اشکال مرکز دار هستند (Body centred) که از قرار گرفتن یک نقاط در مرکز شکل ساده تعریف میشوند گروه 14 اشکالی با سطوح مرکز دار هستند Face) centret) که در تمام مراکز سطوح جانبی یک شکل ساده یک نقاط قرار گرفته است. دقت کنید که در مرکز شکل ساده مانند گروه قبلی نقطه ای وجود ندارد.

این اشکال با نقاط مشخص میگردند بنام شبکه های نقطه ای (Point lattices) نیز موسومند. منظور از نقطه در اشکال بالا نقاط مادی در کریستال ها می باشند از قبیل اتم ها، یونها و غیره که نظم و ترتیب بیان شده در بالا را بوجود می آورند.

ملکول ها نیز ممکن است در این نقاط قرار گیرند و شبکه های معرفی شده را بسازند. برای مثال کریستال ید شبکه ارتورمبیک دارد، در حالیکه I2 به شکل I - I در کنجها و وسط جانبی به دو صورت متفاوت قرار گرفته اند.

تعداد نقاط مادی سازنده ی یک شبکه:

یک شبکه مکعبی ساده را مطابق شکل در نظر بگیرید که در هر کنج یک نقطه مادی (اتم، ین، و ...) دارد. اگر هر نقطه مادی در کنج را یک کره فرض کنیم. ملاحظه می شود که از این کره در ساختن مکعب نقش دارد و بقیه ( کره) در ساختن هفت مکعب همسایه که در این نقطه مشترکند دخالت دارند.

برای بهتر روشن شدن موضوع لازم است توضیح داده شود که با رسم سه محور متعامد از مبدأ یک کره، حجم کره به هشت قسمت مساوی تقسیم می گردد.

با توضیحاتی که در بالا گفته شد در یک مکعب ساده که هشت کنج دارد تعداد نقاط مادی سازنده یک عدد است. این بدان معنی است که با تقسیم یک کره به هشت قسمت مساوی می توان یک مکعب ساده ساخت. در مورد بقیه اشکال ساده ابتدایی در اولین ستون جدول آمده می توان توضیح داد که با تقسیم یک کره به هشت قسمت مساوی و یا نا مساوی (آنهایی که محورهای متعامد دارند) می توان شکل ساده را تعریف و به طور کلی تعداد نقاط مادی سازنده شبکه های ساده بناه تعریف واحد است.

تعداد اتم های سازنده ی یک شبکه را با بیانی دیگر میتوان چنین توضیح داد که اگر در یک شبکه ساده مراکز اتمها را به هم وصل کنیم، تعداد اتمهایی که در داخل این شکل قرار می گیرند تعداد اتمهای سازنده ی آن شبکه خواهند بود. برای یافتن تعداد نقاط مادی سازنده یک مکعب با سطوح مرکزدار ابتدا کنج ها را در نظر می گیریم که مطابق بحث مکعب ساده تعداد می شود. علاوه بر کنج ها میدانیم که در وسط شش سطح جانبی یک نقطه وجود دارد که اگر آنرا کره ای فرض کنیم مشاهده می شود که هر کره در دو مکعب همسایه مشترک است و در حقیقت نیمی از این کره ها در ساختن مکعب با سطوح مرکزدار سهم دارند لذا شش سطح وجود دارد تعداد نقاط مادی است که علاوه بر کنج ها در ساختن چنین مکعبی سهم دارند. بنابراین تعداد نقاط مادی سازنده یک مکعب با سطوح مرکزدار بنا به تعریف می باشد، یعنی چهار کره برای ساختن چنین مکعبی لازم است، اگر چنانچه یکی را به هشت قسمت برای کنجها و سه تای دیگر هر کدام را به دو قسمت برای شش سطح جانبی تقسیم کنیم.

توضیح: معمولاً مکعب با سطوح مرکزدار را بطور خلاصه fcc که مخفف (Face Ceutred Cubic) است بیان می کنند.

بترتیبی که تعداد نقاط مادی سازنده یک شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار fcc را پیدا کردیم در مورد مکعب مرکزدار که آنرا نیز بطور خلاصه bcc (Body Ceutred Cubic) بیان می کنند عمل می کنیم یک کره در کنج ها و یک کره کامل در مرکز دارد که در هیچکدام از مکعبهای همسایه دخالت ندارد. لذا تعداد نقاط مادی سازنده یک مکعب مرکزدار bcc بنا به تعریف است.

بطور کلی اگر تعداد نقاط مادی سازنده تمام شبکه های براوه را حساب کنیم نتیجه می شود که برای تمام شبکه های ساده این عدد واحد بوده در حالیکه برای شبکه های غیرساده از یک بیشتر است.

شبکه های غیرساده براوه:

هفت شبکه غیرساده براوه از ادغام دو شبکه ساده در یکدیگر تعریف می شوند. همانطوریکه از شکل های زیر نتیجه می شود در شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار fcc و مکعبی مرکزدار bcc از ادغام یک مکعب ساده و یک شکل رمبهدرال ساخته می شود.

(شکل رمبهدرال به شکل فضایی گویند که شش سطح جانبی آن لوزی های متساوی باشند.) با توضیحی که در مورد تشکیل اشکال با انتقال مکرر مبدأ در سه جهت پدیدار می شوند. لازم است گفته شود که در شبکه های غیرساده مبدأ دو نوع انتقال دارد. یکی جهت ساختن مکعب ساده و دیگری در سه جهت دیگر برای ساختن شکل رمبهدرال

الف) اگر مبدأ در سه جهت عمود بر هم به اندازه (ضلع مکعب) انتقال مکرر یابد مکعب ساده نتیجه می شود. اگر همین مبدأ در سه جهت که زاویه بین آنها 60 درجه باشد با اندازه (نصف قطر مربع جانبی) انتقال یابد مطابق شکل بالا مکعب با سطوح مرکزدار fcc نتیجه می شود که انتقال دوم شکل رمبهدرال با اضلاع می سازد.

ب) اگر مبدأ در سه جهت عمود بر هم به اندازه (ضلع مکعب) برای ساختن یک مکعب ساده انتقال یابد و هم چنین در سه جهت با زاویه باندازه (نصف قطر مکعب) انتقال یابد مطابق شکل صفحه بعد مکعب مرکزدار نتیجه می شود که انتقال دوم نیز یک شکل رمبهدرال با اضلاع می باشد.

با توجه به جدول ملاحظه می شود که از 28 محل موجود در شکل، چهارده محل بعنوان شبکه های براوه اشغال شده و چهارده محل دیگر خالی میباشند. دلیل آن وجود نداشتن تعریفی برای این محل های خالی است. زیرا در صورت وجود می توان آنرا با یکی از انواع چهارده گانه تعریف شده مشابه دانست.

برای روشن شدن موضوع شبکه تتراگونال با قاعده های مرکزدار را مطابق شکل صفحه ی بعد در نظر گیرید.

با توجه به دو اتم واقع در کنج B و D و دو اتم واقع در وسط قاعده های همجوار A و C ملاحظه میگردد که مربع ABCD قاعده تتراگونال ساده ای است که ابعاد آن به نسبت کوچکتر از تتراگونال با قاعده های مرکزدار میباشد. بنابراین در صورت کنار هم قرار گرفتن تتراگونال های با قاعده های مرکزدار، میتوان از این مجموعه تتراگونال های ساده کوچکتر استخراج نمود.

با استدلال های هندسی شخص می توان اثبات نمود که در محل های خالی دیگر نیز در صورت تعریف یک شکل قابل تبدیل و یا تقسیم به یکی از اشکال انواع دیگر هستند مشخصات بیشتر این اشکال در قسمت های بعدی کاملاً توضیح داده می شود.

در شبکه های براوه که تمام نقاط از انتقال (ترنسلاسیون) نقطه واحدی نتیجه می شود نقاط مختلف هم ارزش هستند لذا جنس آنها نیز باید یکی باشد با این استدلال میتوان نتیجه گرفت که بلورهای عناصر خالص می توانند دارای شبکه های براوه باشند. شبکه کریستالی عناصر خالص چون طلا، نقره، مس، پلاتین، آلومینیوم، سرب و (آهن بین 906- 1401 درجه سانتیگراد) شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار fcc می باشند.

بلورهای عناصر خالصی چون باریم، وانادیم، نیوبیم، تنتالیم، مولیبدنیم، ولفرام یا تنگستن و (آهن کمتر از 906 و بالاتر از 1401 درجه سانتیگراد) دارای شبکه مکعبی مرکزدار bcc هستند.

در بسیاری از ترکیبات عناصر تشکیل دهنده آن ترکیب یکی از شبکه های براوه را دارد که در عین حال قوانین شیمیایی را نیز رعایت می کنند. برای مثال ساختمان دو نمک CsCl و NaCl را در اینجا بیان می کنیم.

ساختمان CsCl تشکیل شده است از یک مکعب ساده که در کنج ها Cl قرار دارد و مرکزش Cs است از طرفی می توان در مقیاس وسیع چنین مجسم کرد که Cs در کنج ها قرار دارند و Cl در مرکز این دو تعبیر هر دو یکی است. برای بهتر مشخص شدن، مکعب های همسایه مکعب رسم شده را در نظر بگیرید بنابر آنچه که گفته شد شبکه CsCi مکعب ساده است.

باید توجه داشت که واحد شبکه را از انتقال یک نقطه و رسیدن به نقطه هم جنس تعریف می کنیم مثلاً از Cs به Cs و یا Cl به Cl.

ترکیب NaCl که در شکل رسم شده است همانطوریکه از یونهای Cl در شکل بر می آید یک مکعب با سطوح مرکزدار است که در بین هر دو یون کلر در کنج ها یک یون Na در وسط یال قرار گرفته و باز هم در مقیاس وسیع و در نظر گرفتن شبکه های همسایه می توان شبکه نمک طعام را یک fcc مکعب با سطوح مرکزدار در نظر گرفت که در بین دو یون Na در کنجها یک یون Cl جا گرفته است.

تذکر: از حروف زیر نیز در معرفی شبکه های براوه استفاده می کنند:

P- برای شبکه های ساده F- برای شبکه های با سطوح مرکزدار

I- شبکه های مرکزدار R- شبکه رمبهدرال A و B و C برای شبکه های با قاعده مرکزدار می باشد که A یا B یا C صفحه هایی که مرکز دارند را مشخص می کنند. منظور از صفحه A ، صفحه عمود بر محور a می باشد.

توضیح: در بعضی موارد شبکه های با قاعده های مرکزدار را به بیان دیگر شبکه های با سطوح مرکزدار در A یا B و یا C نیز می گویند.

به دلیل وجود تقارن در بلورها، به خصوص در بلورهای طبیعی و در مقیاس بزرگ، مطالعه تقارن نقش مهمی در تشخیص نوع مینرال دارد. (برای آشنایی با تقارن و عناصر تقارن به توضیحات قسمت های بعدی توجه کنید) از ترکیب چهارده شبکه براوه باینکه عناصر تقارن امکان 230 نوع ترتیب قرار گرفتن فضائی ذرات در بلورها وجود دارد. برای سهولت در بررسی شبکه های 230 گانه آنها را به 32 کلاس و هفت سیستم تقسیم کرده اند.

هفت سیستم کریستالی که ساده ترین تقسیمات بلورشناسی است در قسمت های بعدی توضیح داده شده است. از 32 کلاس تبلور در مینرالوژی جهت تشخیص نوع مینرال استفاده می شود. بدین ترتیب که با تشخیص عناصر تقارن و شناخت کلاس تبلور میتوان به نوع مینرال پی برد. برای مثال میزان بنام روتیل (Rutile) در کلاس دی تتراگونال دی پیرامیدال تبلور می شود که بلور آن یک محور تقارن درجه چهار، چهار محور تقارن درجه دو، پنج سطح تقارن و یک مرکز تقارن دارد و از خانواده سیستم تتراگونال است

تاریخچه کانی شناسی و برسی تشکیل و رشد بلور

مطالب مشابه :

شهر کتاب مرکزی در خیابان شریعتی تهران

تاریخچه کانی شناسی و برسی تشکیل و رشد بلور

شهر کتاب مرکزی در خیابان شریعتی تهران

طرح توجیهی کاشی و سرامیک

روش های تمیز کردن دیوار، کاشی و سرامیک

صنایع ذوب آهن

معرفی دهکده چوبین بیشابور +عکس