بلور چیست و از روش تهیه بلور چه می دانید؟

بلور یا کریستال  اصطلاحی است که برای توصیف مواد معدنی جامدی که اجزای سازنده آنها در سه جهت فضایی به صورت منظم کنار هم قرار گرفته یا دارای نظم بلورشناسی هستند، بکار می رود. در درس علوم پایه نهم  با این ساختارهای زیبا آشنا می شوید.

بلورها معمولاً با اشکال خاص خود شناخته می شوند و متشکل از وجوه صاف و دارای زاویه های تیز هستند. اگرچه این خصوصیات فیزیکی برای یک کریستال لازم نیست اما از نظر ماکروسکوپی به راحتی قابل مشاهده بوده و مشخصه بلورها می باشد. بلورها از اتم ساخته شده اند، عناصر اصلی سازنده اتم ها نیز پروتون ها ، نوترون ها و الکترون ها هستند که با آرایش  مختلف می توانند انواع بلورها را تشکیل دهند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

دسته بندی بلور ها

بلورها در دسته های کلی مانند عایق ها ، فلزات ، نیمه هادی ها و جامدات مولکولی طبقه بندی می شوند. یک کریستال عایق معمولاً شفاف است و شبیه یک تکه شیشه است. فلزات براق هستند مگر اینکه زنگ زده باشند و نیمه هادی ها گاهی براق و گاهی شفاف هستند اما هرگز زنگ نمی زنند. بسیاری از بلورها را می توان به عنوان یک نوع ماده جامد طبقه بندی کرد در حالی که برخی دیگر رفتار متفاوتی دارند.

جامدات مولکولی معمولاً بلورهایی هستند که از مولکول ها یا پلیمرها تشکیل می شوند. مولکول های جدید به طور مداوم در حال سنتز هستند و بسیاری از آنها به صورت بلور ساخته می شوند. تعداد و تنوع بلورها بسیار زیاد است و انواع سنگ های قیمتی نیز جزء این ساختارها دسته بندی می شوند.

انواع بلور

کریستال ها انواع مختلفی دارند از جمله کوارتز ، یاس ، ابسیدین ، سیترین ، فیروزه ، آمتیست و غیره. بیشتر سنگ های متولد شده نوعی بلور هستند. با این حال ، کریستال ها را می توان بر اساس اتم های ایجاد کننده و پیوندهای موجود به چهار نوع اساسی تقسیم کرد که در ادامه آمده است.

بلورهای کووالانسی

بلورهای کووالانسی آن دسته از کریستال هایی هستند که با پیوندهای کووالانسی به هم پیوند می خورند. این پیوندها بسیار قوی و شکننده هستند زیرا اتم ها برای ایجاد پیوند، الکترون ها را تقسیم می کنند. از آنجا که این اتم ها با پیوند کووالانسی به هم متصل شده اند ، شکستن این مواد مانند الماس و کوارتز بسیار سخت است.

بلورهای یونی

از آنجا که بلورهای کووالانسی از پیوندهای کووالانسی تشکیل شده اند منطقی است که بلورهای یونی از پیوندهای یونی تشکیل شوند. بلورهای یونی کریستال های جامدی با نقطه ذوب بالا هستند که توسط جذب یونها (یعنی مثبت به منفی) در کنار هم نگه داشته می شوند. معروف ترین بلور یونی در نمکدان شما یافت می شود.

بلورهای فلزی

فلز اولین چیزی نیست که وقتی به بلور فکر می کنید به ذهن شما خطور می کند ولی کریستال های فلزی از فلزات ساخته می شوند و با استفاده از پیوندهای فلزی در کنار یکدیگر قرار می گیرند. این کریستال ها ظاهری براق دارند و شامل مس ، طلا ، آلومینیوم و آهن می شوند.

بلورهای مولکولی

ضعیف ترین بلورها کریستال های مولکولی با پیوندهای هیدروژنی ضعیف هستند. کریستال های مولکولی دارای نقطه جوش پایین بوده و به راحتی از هم جدا می شوند. بعضی از آنها را حتی می توانید با دستان خود جدا کنید. یخ خشک نمونه ای عالی از بلورهای مولکولی است.

ساخت و تشکیل بلور شکر و نمک

شکر و نمک دو خوراکی پرمصرفی هستند که از بلورهای ریز تشکیل شده اند. برای تشکیل کریستال شکر و نمک کافی است که مقدار زیادی از این دو ماده را به آب درحال جوش در دو ظرف مجزا حل کرده و محلول فوق اشباع بسازید. سپس محلول را از روی شعله برداشته و نخ هایی را متناسب با طول ظرف وارد محلول کرده و انتهای آنرا به مدادی گره بزنید تا ثابت شود. این محلول را در جایی قرار دهید که تکان نخورد و روند ایجاد بلور یا رشد بلور از محلول را بررسی کنید.

ساخت بلور با زاج

ساخت بلور با زاج نیز شبیه ساخت بلور شکر و نمک است برای اینکار ابتدا زاج تهیه کرده و پس از گرم کردن آب تا درست کردن محلول فوق اشباع به آن زاج اضافه کنید. سپس محلول را در جایی بگذارید تا خنک شود. در این شرایط بلورهای ریزی در ظرف تشکیل می شود که می توانید بزرگترین آنها را جدا کرده و به انتهای یک نخ ببندید و در ظرف آویزان کنید تا شاهد رشد بلورهای بیشتری باشید.

ساخت بلورهای رنگی

برای ساخت بلورهای رنگی می توانید  فرآیندهای فوق را تکرار کنید با این تفاوت که در مرحله جوشیدن آب به آن رنگ های مورد نظر خودتان را اضافه کنید و سپس شاهد رشد بلورهای رنگی در ظرف باشید. بهترین راه برای تشکیل کریستال های رنگی استفاده از رنگ های خوراکی است

شرط تشکیل بلور

تشکیل کریستال های کامل حول فرآیندهایی می چرخد که در مقیاس اتمی رخ می دهند. اساساً، تشکیل کریستال به یک رویداد هسته ‌زایی و به دنبال آن رشد نیاز دارد. هسته سازی نقطه شروعی است که اتم ها یا مولکول ها شروع به ایجاد الگوهای ساختاری می کنند. سپس، با پیوستن ذرات اضافی به این ساختار، به دنبال تقارن کریستالوگرافیک، رشد ادامه می یابد. برای تشکیل یک کریستال کامل، اتم ها یا مولکول ها باید شروع به سازماندهی خود در یک الگوی ساختاریافته و تکرار شونده کنند. این فرآیند ایجاد چنین الگویی به نام هسته‌ زایی شناخته می‌شود.

هسته زایی را می توان بیشتر به دو دسته همگن یا ناهمگن طبقه بندی کرد. در هسته زایی همگن، یک کریستال در محلول مایع خالص با جریان آزاد و بدون ویژگی هایی که ممکن است به عنوان نقطه هسته ای عمل کند، شروع به تشکیل می کند. برعکس، در هسته زایی ناهمگن، یک کریستال در اطراف یک هسته از قبل موجود، مانند یک ذره غبار یا حباب کوچک، که ممکن است در محلول وجود داشته باشد، شروع به تشکیل می کند. این هسته ‌زایی توسط فرآیندهای رشد دنبال می‌شود که به موجب آن اتم‌ ها، مولکول ‌ها یا یون ‌های اضافی به شکلی ساختار یافته و قابل پیش ‌بینی به کریستال نوپا اضافه می ‌شوند. از طریق افزودن مداوم، کریستال رشد می کند و ساختار داخلی خود را بارها و بارها تکرار می کند.

سرعت رشد یک کریستال، خلوص ترکیب آن و کمال ساختار داخلی آن همگی می توانند تحت تأثیر متغیرهای خارجی مانند دما، فشار و غلظت محلول قرار گیرند. دما نقش مهمی در تشکیل کریستال دارد. به عنوان مثال، دمای بالا می تواند حلالیت املاح را افزایش دهد و در نتیجه رشد کریستال را تسریع کند. با این حال، اگر درجه حرارت بیش از حد بالا باشد، ممکن است منجر به هم زدن محلول شود و باعث رشد بسیاری از کریستال های کوچک به جای کریستال های کوچکتر شود. از طرف دیگر فشار تأثیر ظریف تری بر رشد کریستال دارد. در موارد خاص، تغییرات فشار می تواند حلالیت املاح در حلال را تغییر دهد و در نتیجه بر سرعت تبلور تأثیر بگذارد.