تعريف البلورات وخصائصها البلورات هي عبارة عن مواد صلبة تكون مكوناتها الأساسية ماهي إلا ذرات أو أيونات أو جزيئات، كما أنها تكون مرتبة على المستوى الميكروسكوبي بشكل عالي جدا، حيث أنها تكون شبكة تمتد في جميع النواحي، بجانب أنه من الممكن تمييز البلورات المفردة في الطبيعة من هيئتها الهندسية التي تتكون في الغالب من وجوه مسطحة وزوايا مميزة جدا، ويسمى العلم الذي يدرس البلورة بعلم البلورات، كما تسمى العملية التي تتكون فيها البلورات بعملية التبلور.
تعريف البلورات وخصائصها – وماهي استخداماتها
يعتبر علم تعريف البلورات وخصائصها من أحد فروع علم الجيولوجيا وهو العلم الذي يكون متخصص في دراسة جميع أنواع البلورات من حيث شكلها الخارجي والداخلي وأيضا دراسة تركيب كل من الصخور والمعادن التي تحتويها، كما يضاف إلى هذا دراسة طرق تحديد البناء البلوري لكل من الأملاح والمعادن، وما يحتويه ذلك من طرق حيود الأشعة السينية و طرق حيود الإلكترونات والنيوترونات، كما يمكن من خلال هذه الطرق تحديد البناء البلوري المغناطيسي.
كما أنه من النادر جدا العثور على تعريف البلورات وخصائصها تكون بشكلها المثالي في الطبيعة، حيث أن جميع البلورات تحتاج إلى ظروف مثالية، حتى تكبر كما أنه عندما تتكون البلورات بجانب بعضها فإنها تتداخل معا وتعطي كتلة ذات معالم غير واضحة تماما.
كما يتم تحديد الترتيب الداخلي تعريف البلورات وخصائصها الداخلية و الخارجية لها بما فيها اللون، حيث أنه يتفاعل الضوء بشكل مختلف عن الذرات المتنوعة مما يخلق ألوان مختلفة تماما عن بعضها ومعظم البلورات تكون عديمة اللون في حالتها الشفافة، ولكن الشوائب في الترتيب الذري تعطيها لونها.
كما أن معدن الكوارتز يكون عديم اللون في حالته النقية، ولكنه يتواجد بطيف كامل من الألوان التي تنقسم من اللون الزهري إلى اللون البني إلى اللون الأرجواني الغامق على حسب نوع و كمية الشوائب الداخلة في تركيبه.
ومعظم المعادن تكون موجودة في الطبيعة على هيئة بلورات وجميع تعريف البلورات وخصائصها يكون لديها ترتيب داخلي مميز تحافظ عليه بواسطة طريقة مميزة من أجل إدخال ذرات جيدة إلى البلورة، كما أنها تتكون عدة مرات على شكل البلورة الناتج سواء كان مكعب أو شكل لديه ستة جوانب يحاكي الترتيب الداخلي للبلورة.
ما هي بنية البلورات؟
يعتمد المصطلح العلمي تعريف البلورات وخصائصها على الترتيب المجهري للذرات بداخلها، والتي تسمى بنية البلورة وهي عبارة عن مادة صلبة تكون الذرات مرتبة بداخلها بشكل منتظم.
ليست جميع المواد الصلبة تكون عبارة عن بلورات ومثال لهذا، فإن الماء عندما يبدأ بالتجمد، تبدأ العملية بتشكل بلورات جليدية صغيرة تنمو حتى تندمج مع بعضها مكونة بنية بلورية متعددة في قطعة الجليد النهائية، كما تكون البلورات الصغيرة عبارة عن بلورات حقيقية ذراتها مرتبة بشكل منتظم، ولكن لا يوجد ترتيب دوري للذرات في قطعة الجليد، حيث أن النوع الدوري للذرات يحدث له انهيار عن حدود اندماج البلورات الصغيرة.
ومعظم المواد الصلبة غير العضوية تكون البنية الخاصة بها إما بلورية أو بلورية متعددة، بما في هذا كافة المعادن تقريبا والسيراميك والجليد والصخور أيضا، وما شابه هذا أما عن المواد الصلبة ذات البنية غير البلورية أو أنها تكون بلورية متعددة مثل الزجاج فتسمى بالمواد الصلبة غير المتبلورة وتسمى أيضا بالمواد الزجاجية.
هذه المواد ليس لديها ترتيب منتظم حتى على المستوى الميكروسكوبي ويوجد اختلافات ظاهرة جدا بين المواد الصلبة البلورية والمواد الصلبة غير المتبلورة مثل أحد الأمثلة على هذا التنوع، وهو أن عملية تكوين الزجاج لا تبعث حرارة انصهار بعكس علمية تشكيل البلورة و تعريف البلورات وخصائصها
كما يتميز جميع التركيب البلوري بخلية الوحدة الخاصة به، وهي عبارة عن صندوق وهمي صغير يشتمل على ذرة واحدة أو أكثر في ترتيب مكاني محدد، كما أنها تتكون البلورة من اجتماع خلايا الوحدة مع بعضها البعض في مساحة تكون ثلاثية الأبعاد.
ومؤخرا تم التعمق بشكل كبير، حيث تم استعمال الأشعة السينية للتعرف على تركيب البلورات والروابط التي تجمع ما بين ذراتها وكان هذا في سنة 1912م على يد العالمين الثنائي براغ حيث يتم تسليط أشعة سينية على جميع بلورات التي يريدون دراستها فتنعكس الأشعة باتجاهات وزوايا متنوعة ومحددة صورة ذات ثلاث أبعاد، حيث ظهر طريقة ترابط بها جميع الجزيئات فيما بينها وأين تتركز الذرات في داخل الجزيء الواحد.
أوجه البلورات وأشكالها
في العادة ما يتم تمييز تعريف البلورات وخصائصها عن طريق شكلها، والذي يتكون من وجوه تكون مسطحة ذات زوايا حادة، كما أن هذه الخصائص الشكلية ليست مهمة جدا حتى يكون جسم ما بلورة، حيث أن البلورة علميا تعرف بواسطة ترتيبها الذري على المستوى الميكروسكوبي، وليس من خلال شكلها الخارجي.
كما أن تعريف البلورات وخصائصها التي تمتلك أوجه مسطحة وواضحة المعالم تسمى Euhedral أما عن البلورات التي ليس لديها شكل خارجي واضح، وهذا لأن الجسم يتكون من عدد كبير من البلورات المندمجة مع بعضها البعض في مادة صلبة متعددة البلورية تسمى Anhedral.
وتتجه الوجوه المسطحة وتسمى أيضا جوانب لبلورات (Euhedral بطريقة معينة اعتمادا على الترتيب الذري تعريف البلورات وخصائصها حيث تكون البلورة أكثر استقرار وتتمثل إحدى أقدم التقنيات في علم البلورات في قياس التوجهات التي تكون ثلاثية الأبعاد لوجوه البلورة واستعمالها لاستنتاج الترتيب الذري للبلورة.
أين توجد البلورة في الطبيعة؟
الصخور
يوجد أكبر كمية من تعريف البلورات وخصائصها في الأرض من حيث الحجم والوزن في الأساس الصخري للأرض، كما أنه يتراوح حجم البلورات الموجودة في الصخور في العادة بين جزء من المليمتر إلى عدة سنتيمترات، وعلى الرغم من وجود بلورات ضخمة بصورة استثنائية في بعض الأحيان.
كما أن أكبر بلورة في العالم تنشأ بصورة طبيعية وهي بلورة تكون من البيريل وقد جدت في مالاكيا لينا ومدغشقر سنة 1999، كما يصل طولها إلى حوالي 18 متر و قطرها يكون حوالي 3.5 متر، كما أنها تزن حوالي 380،000 كجم 840K00 رطل.
الجليد
يعتبر الجليد المائي الموجود على هيئة ثلج أو جليد قطبي يعطي شكل منتشر جدا للمواد البلورية الموجودة على الأرض وفي العادة تكون بلورة واحدة، في حين أن مكعبات الثلج تكون عبارة عن أجسام ذات بنية بلورية متعددة.
بلورات عضوية
الكثير من الكائنات الحية تقوم بتكوين البلورات، مثل الكالسيت الذي تنتجه معظم الرخويات أو هيدروكسيل آباتيت في حالة الفقاريات.
ماهو التبلور؟
التبلور هي عبارة عن عملية تشكيل بنية بلورية من سائل أو من مواد مذابة في سائل التبلور وهو عبارة عن حقل معقد ومدروس على نطاق واسع جدا، حيث أنه تبعا للظروف فمن الممكن أن يتبلور سائل واحد إلى الكثير من الأشكال المتنوعة، كما يمكن أن تكون بلورة واحدة، باحتمالات تتنوع مع اختلاف الشوائب والعيوب الموجودة بها.
أو من الممكن أيضا أن يتكون جسم ذو بنية بلورية مختلفة، وهذا يكون باحتمالات تختلف باختلاف الحجم والترتيب والتوجيه، كما يحدد الشكل النهائي للبلورة على حسب الظروف التي يتبلور فيها السائل مثل كيمياء السائل والضغط المحيط ودرجة الحرارة والسرعة التي تتغير بها جميع هذه العوامل أيضا.
العيوب والشوائب داخل البلورات
تكون كل ذرة داخل تعريف البلورات وخصائصها المثالية مرتبة من ضمن ترتيب مثالي جدا، ولكن في الواقع تضم معظم المواد البلورية على مجموعة مختلفة من العيوب والشوائب البلورية، وهي تعد المواقع التي ينهار فيها نوع البلورة وقد يكون لهذه العيوب تأثير عميق على جميع خصائص هذه المواد وبعض من الأمثلة التي تضم العيوب البلورية مثل العيوب الخلالية وهي عبارة عن ذرة إضافية مضغوطة في المكان ولا تتلاءم فيه.
كما يوجد نوع منتشر من تعريف البلورات وخصائصها التي تحتوي على العيوب البلورية وهذا معناه أن نوع خطأ من الذرات يكون موجود في البلورة، ولا تحتوي البلورة المثالية من الماس إلا على ذرات الكربون، ولكن من المحتمل أن تشتمل أيضا البلورة الحقيقية على ذرات بورون بسيطة.
كما يوجد شوائب البورون وهذا يغاير لون الماس إلى اللون الأزرق بنسبة قليلة، حيث أن الاختلاف الوحيد بين حجر الياقوت الشفاف وحجر الياقوت الأحمر هو نوع الشوائب الموجودة في بلورة اكسيد الالمونيوم الخاصة لكل منهما.
ماهي أنواع البلورة؟
البلورة تعرف بأنها لها أربع أنواع مختلفة، ويتنوع كل نوع منها عن الآخر بطريقة ترتيب الذرات المكونة لها مما يظهر كل منها بترتيب معين وخصائص متنوعة وهم كالآتي:-
البلورات التساهمية
ترتبط جميع ذرات البلورات التساهمية بروابط تساهمية تتم من خلال اشتراك الذرات في الإلكترونات، وتعتبر هذه الروابط قوية جدا، كما أنها يصعب كسرها ولهذا السبب تكون درجات انصهار هذا النوع من البلورات عالي جدا مثل بلورة الماس.
البلورات الأيونية
يتم اتحاد جميع ذرات البلورات الأيونية من خلال الروابط الأيونية ويتم هذا من خلال شحن ذرة تكون سالبة، والتي تقوم بجذب ذرات أخرى في البلورة تكون مشحونة بشحنة موجبة حيث يتم ترتيب ذرات هذا النوع المعتمد على الشحنات، كما تمتلك هذه البلورات الصلبة درجات انصهار عالية، ومن أمثلة هذه البلورات الأيونية بلورة ملح الطعام.
البلورات الجزيئية
كما تعرف البلورات الجزيئية بأنها من تعريف البلورات وخصائصها التي تتكون بواسطة ترابط ذراتها بالروابط الهيدروجينية التي تكون من الروابط الضعيفة جدا، ولهذا فإن درجات انصهارها تكون قليلة جدا، ومن الأمثلة على هذا هي بلورة الجليد وبلورة ثاني أكسيد الكربون المجمد، كما يستخدم العلماء البلورات الجزيئية من أجل تحديد شكل البروتينات المجهرية المتنوعة داخل الخلايا.
البلورات المعدنية
كما تتكون هذه تعريف البلورات وخصائصها المعدنية بواسطة المعادن، وتظهر هذه البلورات بصورة مضيئة وبراقة، كما تعتمد نقطة انصهار هذه البلورات على نوع المعدن نفسه المكون لها، ومثال على هذه البلورات المعدنية هي بلورة النحاس التي يمكن من خلالها استخراج النحاس الذي يستخدم في تشكيل الأسلاك النحاسية المستعملة في نقل الكهرباء داخل المنازل.
العلاج باستخدام البلورات
تعتبر طريقة العلاج باستخدام تعريف البلورات وخصائصها ما هي إلا وسيلة طبية تكون بديلة، حيث يتم من خلالها فيها استعمال البلورات والأحجار الأخرى من أجل علاج الأمراض والقضاء عليها منها، كما يعتقد الأشخاص الذين يوافقون على هذه التقنية أن البلورات تعمل مثل آداة للشفاء من جميع الأمراض، ويتم هذا من خلال سريان الطاقة الشافية الإيجابية للجسم مع خروج الطاقة السلبية التي تسبب الأمراض منها.
وعلى الرغم من استخدام العلاج عن طريق البلورات شهد انتشار كبير خلال السنوات الأخيرة إلا أن هذا العلاج المستبدل لاينال باهتمام كبير لدى العديد من الأطباء والعلماء، والذي يدل العديد منهم إلى أن هذا ليس له صحة؛ كما يرجع السبب في هذا لعدم وجود أي دليل علمي يؤكد تقنية العلاج بواسطة تعريف البلورات وخصائصها وكيفية علاجها لجميع الأمراض، ومع هذا لا تزال هذه التقنية مستخدمة فى المنتجعات الصحية وفي عيادات الصحة في هذا العصر المتطور.
حيث أنها يتم خلطها في بعض الأحيان داخل جلسات التدليك، كما يساعد استعمال تعريف البلورات وخصائصها في مثل هذه البيئات على تنشيط عملية الاسترخاء وعلى الرغم من أن هذا التأثير لا يؤيده أي دليل يثبت صحة هذه التقنية الفعالة.
أهمية علم البلورات في حياتنا اليومية
يكون العالم المحيط بجميع البشر ممتلىء بالعناصر والمواد الطبيعية ومنها ما تكون بفعل عوامل محددة والتي هي في الأصل تكون عبارة ع مواد بلورية أو تمت بلورتها تحت ظروف معينة في الطبيعة، فبالتالي تكون الدراسة البلورية للمواد تعطينا وعي وإدراك أكبر لكيفية التعامل معها وإيجاد بعض حلول للكثير من المشاكل التي تكون مجهولة المصدر ومن أبرز المجالات التي تم الاستفادة من علم تعريف البلورات وخصائصها فيها هو مجال الجيولوجيا، وفي مجال الكيمياء ودراسة المعادن أيضا، كما يدخل في مجال علم الأدوية والصيدلة وجميع مستحضرات التجميل والإلكترونيات وأجهزة تحلية مياه البحر.
ما هي أهمية علم البلورات في مجال البناء؟
في العصر الذي نعيشه الآن وصلت إلى بناء ناطحات السحاب التي توجد داخل معظم دول العالم، حيث أنها يدخل في تركيبها بشكل أساسي هي مادة الإسمنت فلولا علم البلورات لما تمكن جميع الناس من التعرف على الخصائص البلورية لمادة الإسمنت ومن أين جاءت بكل هذه الصلابة، حيث أن الأسمنت هو عبارة عن مزيج من مجموعة مواد يتم تعريضها لدرجات حرارة كبيرة جدا وظيفتها أن توفر تغيير بلوري للجزيئات الخاصة بها، كما أنها تنتج مادة تعرف باسم الكلنكر وهذه المادة بعد طحنها وإضافة مواد أخرى يتم الحصول على مسحوق الاسمنت النهائي الذي يستخدم في البناء.
أهمية علم البلورات في مجال التعدين
حيث تتعرض جميع المعادن إلى ما يعرف بالإجهاد المعدني أو التعب المعدني ويكون هذا نتيجة الأثقال حمل والضغط المتكرر عليها الذي تتعرض له ومثال لهذا هذه الطائرات التي كانت تتعرض للانفجار الضخم بصورة كلية بعد عدة استعمالات وبشكل مفاجئ باستخدام علم البلورات، حيث أنهم قاموا بدراسة توزيع جميع جزيئات البلورات التي تكون منها هذه الأجسام بعد تعرضها لضغط كبير، كما أنهم لاحظوا أين تكمن نقاط الضعف والتي كانت في العادة في الزوايا المستطيلة لهذه النوافذ، حيث أن هذه التشققات تبدأ عند هذه الزوايا وبعد هذا الاكتشاف تم تحويل شكل نوافذ الطائرات إلى أشكال بيضاوية بدلا مما كانت عليه في السابق على هيئة مستطيل.
ما هي أهمية علم البلورات في مجال الإلكترونيات؟
أما من ناحية مجال الإلكترونيات أنه مع مرور الوقت قد تطورت جميع الأجهزة الإلكترونية بدرجة كبيرة، كما أنها أصبح حجمها منطقي وسهل الاستخدام، حيث كانت سابقا كبيرة الحجم أما الآن فهي تتميز بقلة حجمها ويرجع هذا إلى علم البلورات الذي جعل جميع العلماء يقومون بتصنيع بطاريات ثابتة وحجمها صغير وأيضا مع الكثير من القطع الصغيرة مثل موفرات الطاقة وأشباه الموصلات وهذا بعد أن تمت دراسة تموضع كافة جزيئات بعض العناصر مثل نيتريد الغاليوم وهي عبارة عن شرائح بسيطة تدخل في صناعة مصابيح الهواتف الخلفية بعد أن يتم معالجة تبلور جزيئاتها بالكامل وتعريف البلورات وخصائصها.
أقرأ أيضًا:مقتنيات المتحف الوطني (تحديث 2022)