بلورش: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
جز ربات: حذف میان‌ویکی موجود در ویکی‌داده: ۴۰ میان‌ویکی |
بدون خلاصۀ ویرایش |
||
خط ۱:
'''بلور سازی''' یا '''تبلور'''{{انگلیسی|Crystallization}} فرایندیست که طی آن یک [[بلور]] [[جا|جامد]] از یک [[محلول]]،[[بخار]] و یا [[مذا|مذاب]] ماده ای ایجاد می شود.تولید کریستال در جداسازی و تولید بسیاری از [[مواد شیمیایی]] در صنایع مختلف کاربرد دارد.
بلور يك ماده عبارتست از جهت يافتگي ذره‌اي و آرايش مولكولي و تثبيت اين نظم در فضاي ماده. تاريخچه بلورشناسي
== تاریخچه ==
علم بلورشناسي يا كريستالوگرافي درباره نحوه تشكيل و رشد بلورها و شكل ظاهري و ساختمان داخلي آنها و نيز خصوصيات فيزيكي و شيميايي مواد متبلور بحث مي‌نمايد. كلمه كريستال (Crystal) اصل يوناني دارد كه از دو كلمه (سرد= Kryos) و (سخت شدن= Stellesual) تشكيل شده كه مجموعا معني سخت شدن در اثر سرما را مي‌دهد.
فلاسفه قديم نيز منشا بلورهاي يك سنگ را بلورهاي يخ مي‌دانسته‌اند كه بر اثر تحمل سرماي بسيار شديد در طول مدت مديد ، طوري سخت و مقاوم شده است كه مي‌تواند حرارتهاي بالاتر از صفر را هم تحمل نمايد. در سال 1690 ، Huyghens دريافت كه بلورها از اجتماع ذرات كوچكتر بوجود آمده‌اند و در سال 1912 ، M.V.Laue توانست تئوري ساختمان شبكه‌اي در بلورها را با استفاده از اشعه ايكس به اثبات برساند.
== تبلور و نمو بلورها ==
براي اينكه يك بلور بتواند تشكيل گردد، بايد در وحله اول نطفه آن بسته شود، پس از تشكيل ، نطفه شروع به نمو ميكند تا بالاخره بلوري كه بوسيله سطوح احاطه شده است، بوجود آيد. نطفه‌هاي بلور عبارتند از بلورهاي ريزي با قطر تقريبي 40 تا 180 آنگستروم كه بطور ناگهاني در بخارات و مايعات اشباع شده و يا مواد مذاب سرد شده تشكيل مي‌شوند. در اجسام جامد تشكيل بلور رل مهمي را بازي ميكند، مثلا تشكيل بلور كه در اثر فعل و انفعالات شيميايي يا نارسائي‌هاي حرارتي در شيشه ايجاد مي‌گردد، باعث از بين رفتن شفافيت شيشه خواهد شد.
تبلور معمولا در موقع تبديل يك حالت فيزيكي به حالت فيزيكي ديگر صورت مي‌گيرد. اين تبديل به سه صورت زير انجام ميشود:
=== تبلور در هنگام تبديل حالت مايع به جامد ===
اين نوع تبلور به دو صورت انجماد مواد مذاب و تبلور مواد محلول انجام مي‌گيرد:
==== انجماد مواد مذاب ====
اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود، اتمها يا مولكولها با هر موقعيتي كه دارند، متراكم و بي‌حركت مي‌شوند و ماده منجمد مي‌گردد. در اين صورت جسمي جامد و ايزوتوپ بدون داشتن نظم ذره‌اي تشكيل ميشود. اگر سرد شدن با آرامي و كند انجام شود، اتمها و مولكولها با توجه به نيروي جاذبه خود و اطاعت از شبكه تبلور كنار هم چيده شده و نطفه بلور را تشكيل مي‌دهند. سپس در نتيجه اتصال ساير مولكولهاي منزوي و معلق در ماده مذاب به نطفه بلور ، حجم آن افزايش مي‌يابد تا اينكه به بلوري درشت تبديل مي‌گردد.
==== تبلور مواد محلول ====
در اين نوع تبلور بايد محلول به حال فوق اشباع باشد. در چنين محلولهايي بلورها تشكيل و ته‌نشين مي‌شوند. اين بلورها ابتدا به صورت نطفه‌هاي متحرك مي‌باشند، علت تحرك آنها حركات قبلي يونها و مولكولهاي سازنده آنها است. در محلولها نيز مانند انجماد مواد مذاب ، رشد بلورها از طريق اتصال منظم يونها ، اتمها و مولكولهاي معلق در محلول به نطفه‌هاي بلور صورت مي‌گيرد.
=== تبلور در هنگام تبديل حالت بخار به جامد (سوبليماسيون) ===
در اين حالت تبلور ، بلورها مستقيما از تبديل بخار به جامد حاصل مي‌شوند. اين بلورها معمولا كوچك و داراي طرح اوليه مي‌باشند كه اصطلاحا اسكلت بلور گفته ميشود. در طبيعت ، سوبليماسيون در گازهاي خشك آتشفشاني ديده ميشود. در اين حالت مواد گازي آتشفشاني در شكافهاي توده آذرين مستقيما به بلور تبديل مي‌گردند. مثال بسيار روشن براي پديده سوبليمانسيون ، تشكيل قشرهاي بلور يخ ناشي از انجماد مستقيم بخار آب اطاقها بر روي شيشه پنجره‌ها در سرماي زمستان مي‌باشد.
=== تبلور مواد جامد ===
حالت سوم تبلور كه خوب شناخته نشده و در طبيعت فراوان ديده ميشود، تبلور در محيط جامد است. در اين حالت رشد بلورها بخرج بلورهاي كوچكتر و تحت تاثير فشار و حرارت و در مدت زمان طولاني صورت مي‌گيرد. براي مثال امروزه سنگهاي شيشه‌اي آتشفشاني خيلي قديمي را متبلور مي‌بينيم. بنابراين معلوم ميشود كه اين گونه سنگها به تدريج در طول زمان متبلور شده‌اند. سنگهاي آهكي دانه ريز كه از بلورهاي ريز كربنات كلسيم تشكيل شده‌اند، تحت تاثير عوامل دگرگوني (فشار و حرارت) به مرمر كه داراي بلورهاي دانه درشت كلسيت است، تبديل مي‌گردد.
== تاثير عوامل خارجي در نمو بلورها ==
شرايط زير سبب بوجود آمدن اختلاف در اندازه بلورها مي‌گردد:
==== سرعت انجماد ====
افزايش طول مدت انجماد يك ماده مذاب امكان تغذيه شيميايي بيشتر بلورها از ماده مذاب را فراهم مي‌سازد. بنابراين كم شدن سرعت انجماد ، موجب تشكيل بلورهاي درشت و تسريع در انجماد سبب تشكيل بلورهاي كوچك و ريز مي‌گردد.
==== وجود مواد فرار ====
وجود بخار آب و گازها در يك ماده مذاب ، نقطه انجماد را پايين آورده و سرعت انجماد را كند مي‌سازد. بنابراين باعث افزايش رشد بلورهاي آن ماده ميشود. به عنوان مثال در رگه‌هاي پگماتيت به علت وجود بخار آب و گازهاي فراوان در ماده مذاب پگماتيتي ، بلورها به مراتب درشت‌تر از بلورهاي توده آذرين اصلي است، حال آنكه سرعت انجماد در رگه‌هاي پگماتيت از سرعت انجماد توده آذرين اصلي بيشتر بوده است.
==== تراكم محلول ====
اندازه بلورها در يك محلول بستگي به درجه اشباع شدگي آن محلول دارد. در محلولهاي فوق اشباع تعداد مراكز تبلور فراوان مي‌باشد و در نتيجه اندازه بلورها كوچك خواهد شد. برعكس در محلولهائي با درجه اشباع شدگي كمتر تعداد مراكز تبلور كم بوده و بنابراين اندازه بلورها درشت‌تر خواهد بود.
== ميانبار يا ادخال در بلورها ==
در حين رشد بلور ممكن است موادي به صورت جامد ، مايع و يا گاز به سطح بلور بچسبد. ادامه رشد بلور باعث ميشود كه اين مواد در درون بلور قرار گرفته، موجب تشكيل ادخال در داخل بلور گردد، حبابهايي خيلي كوچك گاز كربنيك همراه با آب در داخل بلور كوارتز و يا قطرات خيلي كوچك آب در بلورهاي نمك طعام و نيز قطرات مواد مذاب غير متبلور (شيشه) در درون بلورهاي فلدسپات ادخالهائي مي‌باشند كه همزمان با تبلور بلور در داخل آن قرار مي‌گيرند.
== اجتماع بلورها ==
اجتماع بلورها به دو صورت اجتماع منظم و نامنظم مشاهده ميشود:
=== اجتماع نامنظم ===
در اين نوع ، اجتماع بلورها در جهات مختلف بدون رعايت نظم و ترتيب صورت مي‌گيرد. مثلا در يك توده نبات يا در اختلاط گچ زنده با آب مي‌بينيم كه گچ مي‌بندد. سخت و يكپارچه شدن اين ماده به علت تبلور مجدد بلورهاي ژيپس و چسبيدن آنها به يكديگر صورت مي‌گيرد.
=== اجتماع منظم ===
هرگاه در زمان تشكيل و نمو بلورها ، شرايط مناسب باشد، نطفه‌هاي بلور بطور اتفاقي در كنار هم نمي‌گيرند، بلكه طبق قواعد معين با نظم و ترتيب خاصي با يكديگر ، رشد و نمو خواهند نمود. صورتهاي مختلف اجتماع منظم بلورها عبارتند از:
=== اجتماع كروي (اسفروليتي) ===
اگر تبلور ماده مذاب سريع صورت بگيرد و تعداد مراكز تبلور كم باشد، بلورها به شكل سوزنهاي باريك و به صورت دستجات كروي و جدا از هم تشكيل مي‌شوند، مانند بلورهاي سوزني شكل طلا و كلرور پتاسيم كه در سيستم كوپيك متبلور مي‌شوند.
=== اجتماع موازي ===
در اين گونه تجمع ، بلورها بطور موازي در كنار يكديگر قرار مي‌گيرند و داراي سطوح مشتركي مي‌باشند. در اجتماع موازي بلورها معمولا بلورهاي هم‌جنس شركت دارند، مانند بلور كوارتز.
=== اجتماع بلورهاي ناهمسان ===
علاوه بر بلور هم‌جنس ، بلورهاي غيرهم‌جنس نيز به نوبه خود تشكيل اجتماع منظم و يا جهت‌دار مي‌دهند. اين نوع اجتماعات بر پايه تشكيل نطفه بلوري بر روي بلور ديگري قرار دارد، به نحوي كه سطح مشترك بين دو بلور از نظر ساختمان شبكه‌اي مشابه باشند. براي مثال ، اغلب بر روي بلورهاي ورقه‌اي هماتيت بلورهاي سوزني شكل روتيل نمو نموده‌اند و در پگماتيتها بلورهاي كوارتز در داخل بلور ارتوز به صورت اجتماع موازي ديده ميشود.
=== اختصاصات مواد متبلور ===
اجسام متبلور به خاطر داشتن شكل مخصوص ، سختي ، خاصيت ارتجاعي ، مقاومت محدود در مقابل حرارت و فشار و نقطه ذوب از مايعات و گازها متمايز مي‌شوند. بعضي از مواد متبلور مانند پارافين نرم هستند و اجسامي مانند شيشه و پلاستيك هرچند كه جامدند، ولي متبلور نمي‌باشند. بلورها اجسامي همگن و ان‌ايزوتوپ هستند. ان‌ايزوتوپ بودن بلور به اين علت است كه اختصاصات فيزيكي مانند سرعت انتشار حرارت و نور يا درجه سختي و غيره در جهات موازي آنها برابر مي‌باشد و در جهات مختلف نابرابر مي‌باشد.
=== رنگ بلورها ===
هرگاه بخش اعظم نور از بلور عبور كند و فقط مقدار كمي از آن جذب گردد، بلور شفاف ديده ميشود و چنانچه مقدار نور جذب شده و نوري كه از بلور عبور ميكند، تقريبا برابر باشد، بلور نيمه شفاف به نظر مي‌رسد. در صورتي كه اگر تمام نور وارده جذب گردد، بلور تيره ديده ميشود. هرگاه جذب نور براي طول موجهاي مختلف متفاوت باشد، بلور رنگي بنظر مي‌رسد.
بعضي از بلورها داراي رنگهاي مشخص هستند، مثلا مالاكيت داراي رنگ سبز و ازوريت داراي رنگ آبي آسماني مي‌باشد. تعدادي از بلورها در اصل بيرنگ مي‌باشند، ولي در اثر وجود ناخالصي و يا پيگمان به رنگهاي مختلفي ديده مي‌شوند. مثلا كوارتز بيرنگ بوده، ولي در اثر ناخالص داراي رنگهاي سفيد ، بنفش ، دودي ، زرد ، صورتي و سياه مي‌باشد و يا وجود كروم به صورت پيگمان در كروندوم باعث رنگ قرمز آن ميشود.
برخي از كاربردهاي بلورها
بلورهاي LiF, KCl, CaF2, NaCl و نظاير آنها در ساختن وسايل نوري بكار مي‌روند.
• بلورهائي با خاصيت پيروالكتريسته مثل BaTiO3 در صنعت الكترونيك كاربرد دارند.
• بلورهاي SiC در تهيه ترانزيستور و روبين يا ياقوت در تهيه اشعه ليزر مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
بلورها برحسب نوع ذرات تشكيل دهنده و نيروهاي نگه دارنده اين ذرات به چهار نوع بلورهاي يوني ، مولكولي ، كووالانسي (مشبك) ، فلزي گروه بندي مي‌شوند.
== كاربرد تبلور يا كريستاليزاسيون ==
مهمترين روش جهت خالص كردن اجسام جامد (اكثر مواد آلي بصورت جامد هستند) تبلور مكرر است. به اين ترتيب كه ماده ي ناخالص را در يك حلال مناسب در گرما تا حد اشباع حل مي كنند. محلول گرم را صاف و مواد حل نشده را جدا مي كنند. بعد محلول را آنقدر سرد مي كنند تا جسم مورد نظر بصورت بلور تشكيل شود. عمل خالص كردن درنتيجه ي يكبار كريستاليزاسيون كامل نمي شود و در بعضي موارد چندين بار تكرار مي شود. عمل وقتي كامل است كه حداكثر محصول بدست آيد. در عمل گاهي با حلال هاي مختلف و يا مخلوط آنها كريستاليزاسيون انجام مي شود. عمل كريستاليزاسيون به دو روش مي تواند صورت بگيرد:
1- در اثر حل نمودن ماده در حلال
2- در اثر سرد كردن تا زير نقطه ي انجماد
3- كريستاليزاسيون با كمك حلال از بهترين روشهاست. زيرا كه ناخالصي ها در حلال انتخاب شده به مراتب حلاليت كمتري دارند. درنتيجه ماده نسبتاً خالص تهيه مي شود.
تركيبي كه ميخواهيم متبلور كنيم را بايد در يك حلال يا مخلوطي از حلالهاي داغ، محلول بوده و در حالت سرد همان حلالها نامحلول باشد. عمل تخليص در صورتي انجام ميشود كه ناخالصي يا درحلال سرد محلول باشد و يا در حلال داغ نامحلول باشد. در حالت دوم محلول را بصورت داغ صاف ميكنيم تا ناخالصيهاي محلول جدا شوند. اگر محلول رنگي باشد و ما بدانيم كه جسم مورد نظر بيرنگ است مقدار كمي از زغال رنگبر به محلول سرد اضافه نموده سپس آنراحرارت داده، بصورت داغ صاف ميكنيم. زغال رنگبر، ناخالصيهاي رنگي را جذب ميكند.
انتخاب محيط تبلور كارساده اي نيست، رفتار حلاليت تركيب يا بايد شناخته شده باشد و يا بايد به طريق تجربي مشخص گردد. مثلا وقتي كه تبلور پارادي بروموبنزن مورد نظر باشد مخلوطي از اتانل وآب به كار ميرود. تركيب هم در اتانل سرد و هم در اتانل داغ محلول است: از اينرواتانل تنها، براي اين كار مفيد نيست. از طرف ديگر اين تركيب چه در آب سرد و چه درآب داغ كم محلول است بنابر اين آب تنها نيز براي اين كار مفيد نيست. اما مخلوط مساوي از الكل و آب در حالت داغ حلال خوبي براي جسم است و در حالت سرد حلاليت آن جزئي است از اينرو از مخلوط اين دو حلال براي تبلور پارادي بروموبنزن استفاده ميشود.
بعضي مواقع عمل تبلور خودبخود صورت نم يگيرد و بايد آنرا بر اثر تحريك متبلور نمود. بدين منظور يا جدارداخلي ظرف در سطح محلول را مي خراشند و يا ذراتي خالص از همان جسم را در محلول سردوارد ميكنند تا تبلور شروع شود. بسياري از تركيبات بر اثر سرد كردن محلول يا سردكردن به همراه هم زدن به صورت بلور در ميآيند. برخي تركيبات به صورت روغن در آمده چندين ساعت و حتي گاهي چندين روز وقت لازم است تا بلور تشكيل شود.
== منابع ==
| |||