بلور شناسی و کانی شناسی

بلور

بلور شکلی از ماده جامد است که در آن مولکولها ٬ اتمها و یونها با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار دارد . تکرار این آرایش منظم در سه جهت فضایی سبب بزرگتر شدن بلور می شود . نظم بیرونی بلورها ٬ بر اثر نظم درونی آنهاست. بدلیل همین نظم ٬ سطحهای خارجی بلورها صاف و هموار هستند . این سطحهای صاف با یکدیگر زاویه هایی می سازند که اندازه های آنها در بلورهای یک ماده همواره ثابت است . یکی از راههای تشخیص بلورها ٬ از یکدیگر اندازه گیری زاویه بین سطحهای آنهاست . بلورها به شکلهای مکعب ٬ منشور ٬ هرم و چند وجهی های مختلف هستند و معمولا" سطحها و زاویه های هر شکلی از آنها مشابه و قرینه یکدیگرند.

تبلور

بلورها بر اثر تغییر فشار و دما در محلولها ٬ مواد مذاب٬ مواد جامد و بخار بوجود می آید . مثلا" بر اثر کاهش دما بلورهای برف ٬ از ابر و بلورهای نمک طعام از آب شور دریاچه های نمکی جدا می شوند . غلظت آب این دریاچه های شور ٬ بر اثرتبخیر یا کاهش دما ٬ به حالت اشباع و فوق اشباع در می آید و بلورهای نمک از آن جدا می شود . بلورهای تشکیل دهنده سنگهای آذرین از سرد شدن ماگما (سنگهای ذوب شده درون زمین)به وجود می آیند . بلورهای سنگهای دگرگونی مانند سنگ مرمر از تاثیر دما و فشار زیاد بر سنگهای دیگر شکل می گیرند . به فرآیند تشکیل بلورها تبلور گفته می شود .
هنگامی که دما یافشار تغییر می کند و یا تبخیر روی می دهد و شرایط مناسب تبلور ایجاد می شود ٬ اتمهای مواد به یکدیگر می پیوندند . این اتم ها معمولا" در اطراف ذرات موجود در محیط جمع می شوند . این ذرات هسته تبلور نامیده می شوند . هسته تبلور از ذرات ناخالص یا بلورهای خرد شده یک ماده تشکیل می شود . گاهی نیز شماری از اتمهای ماده اصلی کنار هم قرار می گیرند و هسته تبلور را می سازند . اتمهای دیگر نیز به تدریج در اطراف این هستهجمع می شوند و با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار می گیرند . کوچکترین واحد ساختاری منظم هر بلور را سلول اولیه آن بلور می نامند.

سوالات رایج

مواد تشکیل دهنده بلورها چیست و چه عاملی آنها را بهم متصل می کند؟
بلور از اتم تشکیل شده است . ذرات اصلی تشکیل دهنده اتم ها پروتون، نوترون، و الکترون هستند. اتم ها بر اساس تعداد پروتون هایشان در جدول تناوبی مرتب می شوند.

یون ها چگونه تشکیل می شوند؟
یون ها زمانی تشکیل می شوند که کاتیون از دست بدهند و الکترون بگیرند.کاتیون ها یون های با بار مثبت و آنیون ها یون هایی با بار منفی هستند.اتم ها در شبکه بلوری بوسیله پیوند های اتمی به یکدیگر متصل می شوند که مهمترین این پیوند ها پیوند های یونی و کوالانسی هستند.

این بلورها چگونه گروه بندی می شوند؟
بلور ها ابتدا بر اساس عناصر سازنده شان تقسیم بندی می شوند:
سیلیکات ها- کانی های غنی از سیلیکات
مثال: آمیتیست ( کوارتز)، تورمالین و بریل
اکسید ها- دارای آنیون های اکسیژن (o)
مثال: کواراندیم (یاقوتی) ،روتیل
کربنات ها- دارای کربن و اکسیژن(c)
مثال: کلیست و اراگونیت( در مرواریدها)
فسفات ها-حاوی فسفر(p)
بورات ها- حاوی برم(B)
سولفید ها و سولفات ها- حاوی سولفور(S)
هالید ها-حاوی کلرین(cl)و دیگر عناصر گروه VIIaدر جدول تناوبی
زمانی به یک ساختار بلور گفته می شود که اتم ها و یون های تشکیل دهنده آن با نظم خاصی آرایش یابند.(برای مثال یک بلور دارای نظمی است که بر اساس آرایش 3بعدی اتم ها ایجاد شود).به جواهر سنگ های فاقد شبکه بلوری آریخت گفته می شود.
بلور ها بوسیله آرایش اتم ها و گروهی از آن ها بر طبق یک الگوی منظم ، برای مثال در مرکز یک منشور مکعبی یا راست گوشه ایجاد می شود.در بلور ها تعداد بار های مثبت می باید با بار های منفی برابر باشد . برای مثال O و Alکه به صورت O Al ترکیب می شوند (2 آلومینیم به ازای 3اکسیژن)

نحوه آرایش کاتیون ها و آنیون ها چگونه است؟
در ساختار اتمی، آنیون ها به طور منظم در اطراف یک کاتیون مرکزی قرار گرفته اند که این نحو آرایش را چند وجهی همارایی می گویند.

چند وجهی همارا چگونه آرایش پیدا می کنند؟
بلور ها با اتصال چند وجهی همارا ایجاد می شوند.مثال: چند وجهی سیلیکات با اشتراک اتم های اکسیژن بین دو چهار وجهی مجاور ایجاد می شود.با تغییر فشار و دما آرایش عناصر مشابه نیز تغیییر می کند.واژه پلی مورف در مورد ساختار های بلوری متنوعی به کار می رود که ترکیب عناصری آن ها یکی باشد (آرایش این عناصر متنوع است )

تقارن و بلورها
تمام کانی ها به یکی از 6سیستم بلوری تعلق دارند ( چنانچه ما سیستم رمبوهدرال و هگزانول را در یک گروه قرار بدهیم). این سیستم های بلوری بر اساس نحوه تقارن کانی ها تعیین می شوند.
مثال: کانی های بلوری اکسید و سیلیکات
کانی سیلیکاتی: سیلیکات ها ساختار هایی هستند با تعدادی سیلیس چهار وجهی مثلاً :یک چهار وجهی با یک سلیکات در مرکز که در اطراف آن 4آنیون اکسیژن قرا گرفته است.
کانی های اکسید:کانی های اکسید ساده از اکسیژن و فلزات تشکیل شده اند. مثلاً : کوراندیم O Al و هماتیت O Fe. این فلزات ( آلومینیوم یا آهن ) همراه با آنیون های اکسیژن یک ساختار چند وجهی همارا را بوجود می آورند.

دستگاههای بلورشاختی
در طبیعت شکل سلول اولیه در بلور کانیهای مختلف تفاوت دارد . به طور کلی 6 سیستم تبلور وجود دارد که کانی ها ، در یکی از این سیستم ها ، متبلور می شوند . البته ممکن است حالت های متنوع تر از 6 حالت ذیل ، دیده شوند اما آنها ، تغییرات این 6 نوع سیستم اصلی محسوب می گردند .
هر سیستم بر اساس سه پارامتر اصلی ، مشخص می گردد :
(1 تعداد محورهای بلوری موجود در سیستم
(2 طول آنها
(3 زاویه ای که تحت آنها ، این محورها یکدیگر را قطع می کنند
در بلور شناسی محورهای اصلی عبارتند از A: ، کوتاه ترین محور ، C ، بلندترین محور و محور B و در برخی حالت ها محور D

ایزومتریک Isometric
اولین و ساده ترین سیستم ، سیستم هم بعد یا ایزومتریک یا کوبیک می باشد . این سیستم دارای سه محور می باشد که هر سه ، دارای طول یکسان بوده و تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند از جمله کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند می توان :
گارنت ها ( Garnets ) فلوریت ( Fluorite )الماس ( Diamond ) طلا ( Gold ) پیریت ( Pyrite ) نقره ( Silver ) سادولیت ( Sadolite ) شالریت ( Shalerite ) اسپینل ( Spinel ) را نام برد .

تتراگونال Tetragonal
این سیستم نیز دارای سه محور بوده که هر سه تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند . تفاوت این سیستم با سیستم کوبیک در این می باشد که در سیستم تتراگونال ، محور C ، بلندتر از محورهای B , A که دارای طول های مساوی هم هستند ، می باشد .
از کانی هایی که در سیستم تتراگونال متبلور می شوند می توان :آپوفیلیت ( Apophyllite ) ایدوکراز ( Idocrase ) روتیل ( Rutile ) اسکاپولیت ( Scapolite ) ولفنیت ( Wulfenite ) زیرکن ( Zircon ) را نام برد .

اورترومبیک Orthrhombic
در این سیستم سه محور وجود دارد . هر سه تحت زاویه 90 درجه با هم برخورد می کنند اما هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند .
از جمله کانی هایی که در سیستم اورترومبیک متبلور می شوند ، می توان :آندالوزیت ( Andalusite ) سلستیت ( Celestite )کریزوبریل ( Chrysoberyl ) کوردیریت ( Cordierite )دنبوریت ( Danburite ) اپیدوت ( Epidote ) انستاتیت ( Enstatite ) همی مورفیت ( Hemimorphite )سیلیمانیت ( Sillimanite ) هیپرستن ( Hypersthene )اولیوین ( Olivine ) سولفور ( Sulfur )توپاز ( Topaz ) زوئیزیت ( Zoisite ) را نام برد.

مونوکلینیک Monoclinic
در این سیستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند . دو محور ( محور A و محور C ) تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند اما محور B ، تحت زاویه متفاوت با آنها برخورد دارد . از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :آزوریت ( Azurite ) دیوپسید ( Diopside )تادئیت ( Tadeite ) مالاکیت ( Malachite )فلدسپارهای ارتوکلاز ( Orthoclase Feldspare )استارولیت ( Staurolite ) اسفن ( Sphene ) اسپودومن ( Spodumene )را می توان نام برد .

تری کلینیک Triclinic
در این سیستم تبلور نیز طول سه محور C , B , A متفاوت بوده و هیچیک تحت زاویه 90 درجه برخورد نمی کنند . از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند : کیانیت ( Kyanite ) لابرادوریت ( Labradorite )فلدسپارهای میکرولین ( Microline Feldspare )
فلدسپارهای پلاژیوکلاز ( Plagioclase Feldspare )رودنیت ( Rhodenite ) را نام برد .

هگزاگونال Hexagonal
در این سیستم تبلور یک محور اضافی وجود دارد که وجه ششم بلور را تشکیل می دهد . سه محور دارای طول مساوی بوده و تحت زاویه 60 درجه یکدیگر را قطع می کنند . محور قائم یا محور C بر سه محور کوچکتر عمود می شود .
کانی شناسان گاهی این سیستم را به دو سیستم شامل : هگزاگونال و تریگونال تقسیم می کنند . این تقسیم بندی بر اساس شکل خارجی انها صورت می گیرد . از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :آپاتیت ( Apatite ) بریل ( Beryl ) را نام برد .

تریگونال Terigonal
سیستم تریگونال در حقیقت یک زیر سیستم از سیستم هگزاگونال محسوب می گردد . از جمله کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :انواع متفاوت کوارتز ( Quartz ) شامل : آگات ( Agate ) ، کلسدنی ( Chalcedony ) ، ژاسپ ( Jasper ) ، آمیتیست ( Amethyst ) و ..... کروندوم ( Corundum ) هماتیت ( Hematite )رودوکروزیت ( Rhodochrosite ) تورمالین ( Tourmaline )را نام برد .

در هر یک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هایی تقسیم می کنند . در شش دستگاه بلور شناختی ٣٢ رده بلوری تشخیص داده شده است .
هنگام تشکیل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرایط مناسب وجود داشته باشد بلورهای درشتی بوجود می آیند . این بلورها را بصورت تک بلور می توان مشاهده و بررسی کرد و رده و دستگاه بلور شناختی آنها را مشخص کرد . اگر شرایط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه های کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده های ریز تشکیل می شوند . گاهی بلورها به قدری ریزهستند که نمی توان آنها را با چشم دید و برای مطالعه آنهاازذره بین ٬ میکروسکوپهای نوری و الکترونی واشعه ایکس استفاده می شود .

نگاه اجمالی به بلور شناسی

بلور شناسی ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشی برای توضیح چگونگی تعیین خواص فیزیکی ماده از روی سطح آن ، یعنی اصل تقارن بلور شناسی بصورت علمی مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فیزیکدانان شواهد کافی گرد آورده بودند که پدیده‌های مختلفی از قبیل در شکستگی ، انبساط گرمایی ، وقف الکتریسیته و پیزوالکتریسیته را باید با استفاده از شکل بلور توضیح داد. برای مطالعه بلورها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها بلور شناسی توسط اشعه ایکس و روشهای پراش الکترون

سیر تحولی و رشد
مطالعه بلورها به دوران یونانیها و رومیها و مطالعات کوارتزهای گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلینیو ، باز می‌گردد. در سده هفدهم نخستین تلاشها برای توصیف نظم ساختاری بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض این که کوارتز از آرایش تناوبی کره‌هایی تشکیل شده باشد، می‌توان توضیح داد. کریستیان هویگنسبه منظور توصیف پدیده دو شکستی نور ، فرض کرد که کلسیت از آرایش تناوبی بیضیهای دوار تشکیل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادی این فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههایی به شکل متوازی السطوح قرار گرفته‌اند. در آرایش فضایی این گروهها می‌تواند شکل بلوری ماکروسکوپیکی مشاهده شده را توضیح دهد.
در سال 1827 اوگوست کوشی معادله مربوط به کشسانی را بدست آورد و با این مطالعات و با استفاده از بیست و یک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجی معلوم کرنش می‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دریافت که برای توصیف بلورها با توجه به طبیعت شبکه‌ای‌ آنها به پارامترهای کمتری نیاز است. پنج سال بعد توانست ارنست نویمن این نتیجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش میان نورد ماده بر اساس مکانیک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردی درست شده است. دانشجوی وی والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتینگتون شد، نخستین کسی بود که تمام اطلاعات و دستاوردهای مربوط به ارتباط میان خواص فیزیکی و ساختار بلورها را در تناوبی گرد آورد.

بلورشناسی نوین
در سال 1912 ، بلورشناسی نوین متولد یافت. در آن سال ماکس و گروهش تصویری از پراش پرتوهای ایکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. این آزمایشها سرشت موجی پرتوهای ایکس را ، که ویلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنین آرایش تناوبی خوشه‌های اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ویلیام لارش براک و پدرش ، ویلیام هنری براگ در همین زمینه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زیر را بدست آوردند:

2sinӨ = nλ

که در آن d فاضله میان صفحه‌ای خانواده معینی از صفحه‌های بلوری ، n که مرتبه بازتاب نامیده می شود، عدد طبیعیλ طول موج ایکس مورد استفاده و Ө زاویه فرود و زاویه بازتاب باریکه است. این معادله می‌گوید که کدام زاویه برای بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌های خاص مناسب است، بازتابهایی که از لحاظ هندسی مجازند در طبیعت یافت می‌شوند.

بلور شناسی با پرتو ایکس
اگر نمونه‌ای از تک بلور را با استفاده از پرتوهای سفید ایکس ، پرتوهایی که نه یک طول موج ، بلکه گستره‌ای از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهیم. نقش خون لاوه بدست می‌آید تحت این شرایط در معادله 2dsinӨ = nλ می‌تواند مقادیری زیاد داشته باشد. اما Өزاویه‌ای میان پرتو فرودی و صفحه ، برای یک خانواده صفحات خاص مقداری ثابت است. معمولا طول موجی مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق می‌کنند و بازتاب رخ می‌دهد.
اگر نمونه‌ای را با فیلم عکاسی یا آشکارسازی جدید دیگری احاطه کنیم. در نقاط مختلف روی فیلم لکه‌هایی بدست می آوردیم که به پرتوهای بازتابیده از خانواده‌های مختلف صفحات بلور مربوط می‌شوند. با پردازش این داده‌ها به طریق ریاضی به آنچه نقش پراشی را بوجود می‌آورد می‌توان پی برد. در نتیجه ، ساختار میکروسکوپی بلور را معین می‌کند، یعنی می‌توان فهمید شبکه بلوری این ساختار چگونه است و چه اتمهایی در تلاقی شبکه‌ای قرار دارند.

روش پودری
برای مطالعه بلور شناسی توسط اشعه ایکس روشهای استاندارد دیگری هم وجود دارند که در این میان روش پودر از همه رایجتر است. در روش پودر بجای تک بعدی از نمونه‌ای استفاده می‌شود که بصورت بلورهای کوچکی به ابعاد 1µm یا کمتر خرده شده است. در این روش باریکه تک فام از پرتوهای ایکس به نمونه تابیده می‌شود. و در این حال برای هر خانواده خاصی از صفحات تعداد زیادی بلورک با سمتگیری مناسب پیدا می‌شوند که بازتاب براگ فرودی است. اما تند چتری که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاویه‌ای یکسان می‌سازند. باریکه‌های بازتابیده روی مخروطی قرار می‌گیرند که گشودگی آن دو برابر گشودگی مخروط قبلی است. زیرا باریکه بازتابیده نسبت به باریکه اولیه زاویه 2Ө می‌سازد و این در حالی است که زاویه بین صفحه و باریکی اولیه برابر Ө است.
اگر فیلم عکاسی را در راه باریکه خروجی قرار دهیم، از تلاقی مخروط اخیر با صفحه عکاسی یک دایره بدست می‌آید: فیلم عکاسی را معمولا به شکل نوار باریک دایره‌ای در می‌آوردند و آنرا روی صفحه‌ای که شامل باریکه خروجی است قرار می‌دهیم. فیلم را سوراخ می‌کنند تا باریکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقی مخروطهای بازتابشی مربوط به صفحه‌های مختلف بلور فیلم نقش پراشی خطی بدست می‌آید.

بلور شناسی به روش پراش الکترون
در آغاز دهه 1990 روشهای جدیدی پیدا شدند که مشاهده مستقیم سطحهای بلورین را امکان می‌سازند. درک تغییرات ریخت شناسی که هنگام رویاندن بلور برای کاربردهای الکترونیک روی می‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجای پرتو ایکس و تحت زاویه‌ای کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده ازمیکروسکوپ تونلی روبشی برای نخستین بار ، امکان مشاهده مستقیم ساختار شبکه‌ای بلورها از طریق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.

بلور شناسی و کانی شناسی

مطالب مشابه :

تسبیح های اصل کمیاب و بعضا" بی نظیر

نگین

سینی قلم زنی مسی صفوی

درمان با سنگهای زینتی

جواهرات و ....

ظروف عتیقه --- اشیاء نقره . مسی . برنج و چینی عتیقه

بلور شناسی و کانی شناسی

خواص انواع انگشتر و عطر