البنية البلورية هي الترتيب ثلاثي الأبعاد للذرات في مادة صلبة، والذي يحدد خصائصها الفيزيائية والكيميائية. هناك عدة أنواع من البنى البلورية، مثل المكعبة، والسداسية، والمعينية، وغيرها، ولكل منها خصائصها الخاصة. في هذا النص، سنناقش أنواع البنى البلورية المختلفة، وأمثلة على المواد التي تمتلكها، وأهميتها في علم المواد.
أنواع البنية البلورية: تعرف على التكوينات المختلفة للترتيب الذري في المواد.
البنية البلورية هي طريقة ترتيب الذرات في المادة الصلبة. هناك أنواع مختلفة من البنى البلورية، لكل منها خصائصها وخصائصها الخاصة. يساعدنا فهم هذه الترتيبات الذرية المختلفة على فهم سلوك المواد بشكل أفضل.
من أكثر أنواع البنى البلورية شيوعًا البنية المكعبة، حيث ترتّب الذرات في نمط من المكعبات. ومن الأنواع الشائعة أيضًا البنية السداسية، حيث تُشكّل الذرات أشكالًا سداسية في طبقات متداخلة.
بالإضافة إلى ذلك، توجد أيضًا بنى بلورية أكثر تعقيدًا، مثل البنية الرباعية، والبنية المعينية، والبنية الثلاثية. لكلٍّ من هذه البنى خصائصه الفريدة، التي تؤثر على خصائص المواد.
من المهم ملاحظة أن البنية البلورية للمادة يمكن أن تؤثر على خصائصها الميكانيكية والحرارية والكهربائية والبصرية. لذلك، يُعد فهم كيفية ترتيب الذرات في المواد أمرًا أساسيًا للتنبؤ بسلوكها والتحكم فيه.
باختصار، يُساعدنا فهم أنواع البنى البلورية المختلفة على فهم خصائص المواد بشكل أفضل وتطوير تطبيقات جديدة لها. وهو جانب أساسي من علم وهندسة المواد.
تعرف على الشبكات البلورية الـ14 الموجودة وخصائصها الفريدة للمواد الصلبة.
الشبكات البلورية هي ترتيبات ثلاثية الأبعاد للذرات في مادة صلبة. هناك 14 نوعًا مختلفًا من الشبكات البلورية، لكل منها خصائصها الفريدة. تحدد هذه الشبكات الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الصلبة. لنتعرف على بعض الشبكات البلورية الرئيسية وخصائصها:
مكعب مركز الوجه (FCC)في هذه الشبكة، توجد الذرات عند رؤوس ومراكز كل وجه من وجوه المكعب. وهي من أكثر الشبكات شيوعًا، وتتميز بكثافة عالية ومرونتها الجيدة.
مكعب مركز الجسم (BCC)في هذه الشبكة، تتواجد الذرات في رؤوس المكعب ومركزه. كثافتها أقل من كثافة شبكة التكسير التحفيزي المائع، وهي أكثر مقاومة، وهي شائعة في معادن مثل الحديد والكروم.
مكعب بسيط (SC)في هذه الشبكة، تتواجد الذرات فقط عند رؤوس المكعب. وهي الأقل كثافةً بين الشبكات المكعبة، والأقل استقرارًا، وتوجد في مواد مثل البولونيوم والصوديوم.
سداسي مكتظ (HCP)في هذه الشبكة، تُشكّل الذرات طبقات سداسية متراصة، مع ذرات إضافية في الفراغات بينها. وهي أقل شيوعًا من الشبكات المكعبة، ولكنها موجودة في معادن مثل الزنك والمغنيسيوم.
بالإضافة إلى هذه الشبكات، هناك شبكات أخرى مثل رباعي الزواياأو المعلم معيني السطوح و أحادي الميللكلٍّ منها خصائصه الفريدة. يُعدّ فهم الشبكات البلورية المختلفة أمرًا بالغ الأهمية لفهم خصائص المواد الصلبة وتطبيقاتها في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا بشكل أفضل.
تحديد ما إذا كان الهيكل هو CCC أو CFC: تعلم كيفية التمييز بسهولة.
لتحديد ما إذا كانت البنية البلورية مكعبًا مركز الجسم (BCC) أو مكعبًا مركز الوجه (FCC)، من المهم ملاحظة مواقع الذرات داخل الخلية الوحدوية. في بنية BCC، تقع الذرات في زوايا المكعب وفي مركزه. أما في بنية FCC، فتقع الذرات في زوايا المكعب وعلى أوجهه.
طريقة سهلة للتمييز بين الهيكلين هي حساب عدد الذرات الموجودة في كل خلية وحدة. في هيكل المكعب ...
لذلك، عند تحليل البنية البلورية لمادة ما، احسب عدد الذرات في الخلية الوحدوية وحدد ما إذا كانت ذرتين (BCC) أو أربع ذرات (FCC). بهذه الملاحظة البسيطة، ستتمكن بسهولة من تحديد ما إذا كانت البنية BCC أم FCC.
تحديد البنية البلورية: نصائح وطرق للتعرف على تنظيم الذرات.
البنية البلورية هي ترتيب الذرات في المادة، وتحديد خصائصها الفيزيائية والكيميائية. يُعد تحديد البنية البلورية للمادة أمرًا أساسيًا لفهم سلوكها وتطبيقاتها. هناك العديد من النصائح والأساليب لتحديد ترتيب الذرات في البنية البلورية.
نصيحة مهمة هي ملاحظة شكل البلورات. كريستيس هي هياكل صلبة ذات شكل هندسي محدد، يعكس ترتيب الذرات. ويمكن أن يشير شكل البلورات إلى نوع البنية البلورية الموجودة في المادة.
هناك طريقة أخرى لتحديد بنية البلورة وهي حيود الأشعة السينية. عندما يسقط شعاع من الأشعة السينية على مادة بلورية، تحيد ذرات بنية البلورة الأشعة السينية، مما يُنتج نمطًا مميزًا. ويمكن من خلال تحليل هذا النمط الكشف عن ترتيب الذرات في المادة.
يُعدّ المجهر الإلكتروني النافذ طريقةً فعّالةً أخرى لتحديد بنية البلورات. تتيح هذه التقنية تصوّرًا مباشرًا لترتيب الذرات في المادة، مما يُتيح تحليلًا مُفصّلًا لبنية البلورات.
باختصار، يُعدّ تحديد البنية البلورية للمادة أمرًا بالغ الأهمية لفهم خصائصها وتطبيقاتها. ومن الطرق المتاحة لتحديد ترتيب الذرات في البنية البلورية، مراقبة أشكال البلورات، وإجراء حيود الأشعة السينية، واستخدام المجهر الإلكتروني النافذ.
البنية البلورية: البنية والأنواع والأمثلة
A البنية البلورية هي إحدى الحالات الصلبة التي تتخذها الذرات أو الأيونات أو الجزيئات في الطبيعة، وتتميز بترتيب مكاني عالٍ. بمعنى آخر، يُعد هذا دليلاً على "البنية الجسيمية" التي تُميز العديد من الأجسام ذات المظهر الزجاجي اللامع.
ما الذي يُعزز هذا التماثل أو ما هي القوة المسؤولة عنه؟ الجسيمات ليست وحيدة، بل تتفاعل مع بعضها البعض. هذه التفاعلات تستهلك الطاقة وتؤثر على استقرار المواد الصلبة، لذا تسعى الجسيمات إلى التكيف مع بعضها البعض لتقليل فقدان الطاقة هذا.
وبالتالي، فإن طبيعتها الجوهرية تجعلها تُشكّل أكثر الترتيبات المكانية استقرارًا. على سبيل المثال، قد تكون هذه حالة تكون فيها قوى التنافر بين الأيونات المتشابهة الشحنة ضئيلة، أو حيث تشغل الذرات - مثل الذرات المعدنية - أكبر حجم ممكن في تراكيبها.
لكلمة "بلورة" معنى كيميائي يمكن تحريفه ليُستخدم في أجسام أخرى. كيميائيًا، تشير إلى بنية مُرتبة (مجهرية)، قد تتكون، على سبيل المثال، من جزيئات الحمض النووي (DNA) (بلورة الحمض النووي).
ومع ذلك، يُساء استخدام مصطلح "زجاج" للإشارة إلى أي جسم أو سطح زجاجي، مثل المرايا أو الزجاجات. فعلى عكس البلورات الحقيقية، يتكون الزجاج من بنية غير متبلورة (مختلطة) من السيليكات والعديد من المواد المضافة الأخرى.
هيكل
تظهر أحجار الزمرد الكريمة في الصورة أعلاه. العديد من المعادن الأخرى، والأملاح، والمعادن، والسبائك، والألماس، تتميز ببنية بلورية؛ ولكن ما علاقة ترتيبها بالتماثل؟
إذا قامت بلورة يمكن رؤية جسيماتها بالعين المجردة بعمليات التناظر (عكسها، تدويرها بزوايا مختلفة، عكسها على المستوى، وما إلى ذلك)، فسوف نجد أنها تبقى سليمة في جميع أبعاد الفضاء.
يحدث العكس في حالة المادة الصلبة غير المتبلورة، التي تُشتق منها أنظمة مختلفة بإخضاعها لعملية تناظر. علاوة على ذلك، تفتقر هذه المادة إلى أنماط تكرار هيكلية، مما يُظهر عشوائية توزيع جسيماتها.
ما هي أصغر وحدة تُكوّن النمط الهيكلي؟ في الصورة أعلاه، يكون الجسم الصلب البلوري متماثلًا في الفراغ، بينما الجسم الصلب غير المتبلور ليس كذلك.
إذا تم رسم مربعات تطبق الكرات البرتقالية وعمليات التناظر، فإنها ستولد أجزاء أخرى من البلورة.
يتم تكرار ما سبق مع مربعات أصغر حجمًا بشكل متزايد، حتى يتم العثور على مربع غير متماثل؛ والمربع الذي يسبقه في الحجم هو، بحكم التعريف، الخلية الوحدوية.
خلية الوحدة
الخلية الوحدوية هي الحد الأدنى من التعبير الهيكلي الذي يسمح بإعادة إنتاج المادة الصلبة البلورية بالكامل. ومن هنا، يُمكن تجميع الزجاج وتحريكه في جميع اتجاهات الفضاء.
يمكن اعتباره درجًا صغيرًا (صندوقًا، دلوًا، حاوية، إلخ) تُوضع فيه الجسيمات، الممثلة بكرات، وفقًا لنمط ملء. تعتمد أبعاد هذا الدرج وهندسته على أطوال محاوره (أ، ب، ج)، بالإضافة إلى الزوايا بينها (ألفا، بيتا، وغاما).
أبسط خلايا الوحدة هو الهيكل المكعب البسيط (الصورة العلوية (1)). في هذا الهيكل، تشغل مراكز الكرات زوايا المكعب، بحيث تكون أربعة منها عند قاعدته وأربعة عند سقفه.
في هذا الترتيب، تشغل الكرات ما يقرب من 52% من الحجم الإجمالي للمكعب، وبما أن الطبيعة تكره الفراغ، فلا يوجد العديد من المركبات أو العناصر التي تتبنى هذا الهيكل.
ومع ذلك، إذا رُتِّبت نفس كرات المكعب بحيث تشغل المركز (مكعب في الجسم، bcc)، فسيلزم تغليف أكثر إحكامًا وكفاءة (2). الآن، تشغل الكرات 68% من الحجم الإجمالي.
من ناحية أخرى، في (3) لا تشغل أي كرة مركز المكعب، ولكن مركز وجوهها يشغله، وكلها تشغل ما يصل إلى 74% من الحجم الإجمالي (مركز المكعب على الوجوه، ccp).
وبالتالي، يمكن ملاحظة أنه من الممكن الحصول على ترتيبات أخرى لنفس المكعب، مع تغيير الطريقة التي يتم بها تجميع الكرات (الأيونات، الجزيئات، الذرات، وما إلى ذلك).
نوع
يمكن تصنيف البنية البلورية وفقًا لأنظمة البلورات أو الطبيعة الكيميائية لجزيئاتها.
على سبيل المثال، يعد النظام المكعب هو الأكثر شيوعًا على الإطلاق ويخضع له العديد من المواد الصلبة البلورية؛ ومع ذلك، ينطبق نفس النظام على البلورات الأيونية والبلورات المعدنية.
وفقا لنظامك البلوري
تُمثَّل الأنظمة البلورية الرئيسية السبعة في الصورة السابقة. ويُلاحظ أن أربعة عشر منها، في الواقع، هي منتجات من أشكال تعبئة أخرى لنفس الأنظمة، وتُشكِّل شبكات برافيس.
من (1) إلى (3) بلورات ذات أنظمة بلورية مكعبة. في (2) يُلاحظ (من الخطوط الزرقاء) أن الكرة المركزية وكرة الزاوية تتفاعلان مع ثمانية مجاورات، بحيث يكون رقم التنسيق للكرات 8. وفي (3)، يكون رقم التنسيق 12 (لرؤية ذلك، يجب تكرار المكعب في أي اتجاه).
يتوافق العنصران (4) و(5) مع الأنظمة الرباعية البسيطة والمركزية. وعلى عكس المكعب، فإن محوره (ج) أطول من محوريه (أ) و(ب).
من (6) إلى (9) توجد أنظمة مُعينية مُتعامدة: من الأنظمة البسيطة التي مركزها القواعد (7)، إلى الأنظمة التي مركزها الجسم والأوجه. في هذه الأنظمة، تكون زوايا α وβ وγ 90 درجة، ولكن جميع أضلاعها مختلفة الطول.
الشكلان (10) و(11) عبارة عن بلورات أحادية الميل، و(12) عبارة عن بلورات ثلاثية الميل، حيث تظهر المتباينات الأخيرة في جميع زواياها ومحاورها.
العنصر (13) هو النظام المعيني السطوحي، وهو مشابه للنظام المكعب، ولكن بزاوية γ مختلفة عن 90 درجة. وأخيرًا، هناك البلورات السداسية.
تؤدي إزاحات العناصر (14) إلى ظهور المنشور السداسي المرسوم بالخطوط المنقطة الخضراء.
وفقا لطبيعتها الكيميائية
- إذا كانت البلورات مكونة من أيونات فهي بلورات أيونية موجودة في الأملاح (NaCl، CaSO4). 4 ، CuCl 2 ، KBr، الخ)
– تشكل الجزيئات مثل الجلوكوز (كلما أمكن ذلك) بلورات جزيئية؛ وفي هذه الحالة، بلورات السكر الشهيرة.
الذرات التي تكون روابطها تساهمية أساسًا تُشكّل بلورات تساهمية. هذا هو الحال في الماس وكربيد السيليكون.
- وعلى نحو مماثل، تشكل المعادن مثل الذهب هياكل مكعبة مضغوطة، والتي تشكل بلورات معدنية.
أمثلة
K 2 Cr 2 O 7 (نظام ثلاثي الميل)
كلوريد الصوديوم (نظام مكعب)
ZnS (وورتزيت، نظام سداسي)
CuO (نظام أحادي الميل)
المراجع
- كيميتيوب (2015). لماذا "البلورات" ليست بلورات؟ تم الاسترجاع في ٢٤ مايو ٢٠١٨ من: quimitube.com
- كتب الصحافة ١٠.٦: هياكل الشبكة في المواد الصلبة البلورية. تاريخ الاسترجاع: ٢٦ مايو ٢٠١٨، من: opentextbc.ca
- مركز الموارد الأكاديمية للهياكل البلورية. [PDF]. تم الاسترجاع في ٢٤ مايو ٢٠١٨، من: web.iit.edu
- مينغ (30 يونيو 2015). أنواع البنى البلورية تم الاسترجاع في ٢٦ مايو ٢٠١٨ من: crystalvisions-film.com
- هيلمنستاين، آن ماري، دكتوراه (31 يناير 2018). أنواع البلورات تم الاسترجاع في ٢٦ مايو ٢٠١٨ من: thoughtco.com
- كيه آي (2007). الهياكل البلورية تم الاسترجاع في ٢٦ مايو ٢٠١٨ من: folk.ntnu.no
- باويل ماليشكزاك. (25 أبريل 2016). بلورات الزمرد الخام من وادي بنجشير، أفغانستان [الشكل]. تم الاسترجاع في ٢٤ مايو ٢٠١٨، من: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 أبريل 2008). ملحس برافيس. [شكل]. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018، من: commons.wikimedia.org
- المستخدم: Sbyrnes321. (٢١ نوفمبر ٢٠١١). بلوري أو غير متبلور. [شكل]. تم الاسترجاع في ٢٦ مايو ٢٠١٨، من: commons.wikimedia.org