بلوری شدن: تفاوت میان نسخه‌ها

۲۰۳ بایت اضافه‌شده ،  ۸ سال پیش
جز
'''بلور سازی''' یا '''تبلور'''{{انگلیسی|Crystallization}} فرایندیست که طی آن یک [[بلور]] [[جا|جامد]] از یک [[محلول]]،[[بخار]] و یا [[مذا|مذاب]] ماده‌ای ایجاد می‌شود. تولید کریستال در جداسازی و تولید بسیاری از [[مواد شیمیایی]] در صنایع مختلف کاربرد دارد.
بلور یک ماده عبارتست از جهت یافتگی ذره‌ای و [[آرایش مولکولی]] و تثبیت این نظم در فضای ماده. تاریخچه بلورشناسی
 
== تاریخچه ==
علم بلورشناسی یا کریستالوگرافی درباره نحوه تشکیل و رشد بلورها و شکل ظاهری و ساختمان داخلی آنها و نیز خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد متبلور بحث می‌نماید. کلمه کریستال (Crystal) اصل یونانی دارد که از دو کلمه (سرد= Kryos) و (سخت شدن= Stellesual) تشکیل شده که مجموعامجموعاً معنی سخت شدن در اثر سرما را می‌دهد.
فلاسفه قدیم نیز منشا بلورهای یک سنگ را بلورهای یخ می‌دانسته‌اند که بر اثر تحمل سرمای بسیار شدید در طول مدت مدید، طوری سخت و مقاوم شده است که می‌تواند حرارتهای بالاتر از صفر را هم تحمل نماید. در سال 1690، Huyghens دریافت که بلورها از اجتماع ذرات کوچکتر بوجود آمده‌اند و در سال 1912، M.V.Laue توانست تئوری ساختمان شبکه‌ای در بلورها را با استفاده از [[اشعه ایکس]] به اثبات برساند.
 
[[Imageپرونده:SnowflakesWilsonBentley.jpg|thumbبندانگشتی|در طبیعت هر بلور برف شکلی گوناگون از دیگری دارد.]]
[[Imageپرونده:Crystallized honey.jpg|thumbبندانگشتی|عسل متبلور شده]]
 
== تبلور و نمو بلورها ==
 
برای اینکه یک بلور بتواند تشکیل گردد، باید در وهله اول نطفه آن بسته شود، پس از تشکیل، نطفه شروع به نمو می‌کند تا بالاخره بلوری که بوسیله سطوح احاطه شده است، بوجود آید. نطفه‌های بلور عبارتند از بلورهای ریزی با قطر تقریبی ۴۰ تا ۱۸۰ آنگستروم که بطور ناگهانی در بخارات و مایعات اشباع شده و یا مواد مذاب سرد شده تشکیل می‌شوند. در اجسام جامد تشکیل بلور رل مهمی را بازی می‌کند، مثلامثلاً تشکیل بلور که در اثر فعل و انفعالات شیمیایی یا نارسائی‌های حرارتی در شیشه ایجاد می‌گردد، باعث از بین رفتن شفافیت شیشه خواهد شد.
 
تبلور معمولامعمولاً در موقع تبدیل یک حالت فیزیکی به حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجام می‌شود:
 
=== تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع به جامد ===
==== انجماد مواد مذاب ====
 
اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود، اتمها یا مولکولها با هر موقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌گردد. در این صورت جسمی جامد و ایزوتوپ بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. اگر سرد شدن با آرامی و کند انجام شود، اتمها و مولکولها با توجه به [[نیروی جاذبه]] خود و اطاعت از شبکه تبلور کنار هم چیده شده و نطفه بلور را تشکیل می‌دهند. سپس در نتیجه اتصال سایر مولکولهای منزوی و معلق در ماده مذاب به نطفه بلور، حجم آن افزایش می‌یابد تا اینکه به بلوری درشت تبدیل می‌گردد.
 
==== تبلور مواد محلول ====
 
در این نوع تبلور باید محلول به حال [[فوق اشباع]] باشد. در چنین محلولهایی بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. این بلورها ابتدا به صورت نطفه‌های متحرک می‌باشند، علت تحرک آنها حرکات قبلی یونها و مولکولهای سازنده آنها است. در محلولها نیز مانند انجماد مواد مذاب، رشد بلورها از طریق اتصال منظم یونها، اتمها و مولکولهای معلق در محلول به نطفه‌های بلور صورت می‌گیرد.
 
=== تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد (سوبلیماسیون) ===
 
در این حالت تبلور، بلورها مستقیمامستقیماً از تبدیل بخار به جامد حاصل می‌شوند. این بلورها معمولامعمولاً کوچک و دارای طرح اولیه می‌باشند که اصطلاحااصطلاحاً اسکلت بلور گفته می‌شود. در طبیعت، سوبلیماسیون در گازهای خشک آتشفشانی دیده می‌شود. در این حالت مواد گازی آتشفشانی در شکافهای توده آذرین مستقیمامستقیماً به بلور تبدیل می‌گردند. مثال بسیار روشن برای پدیده سوبلیمانسیون، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم [[بخار آب]] اطاقهااتاقها بر روی شیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان می‌باشد.
 
=== تبلور مواد جامد ===
 
حالت سوم تبلور که خوب شناخته نشده و در طبیعت فراوان دیده می‌شود، تبلور در محیط جامد است. در این حالت رشد بلورها بخرج بلورهای کوچکتر و تحت تاثیر فشار و حرارت و در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد. برای مثال امروزه سنگهای شیشه‌ای آتشفشانی خیلی قدیمی را متبلور می‌بینیم. بنابراین معلوم می‌شود که این گونه سنگها به تدریج در طول زمان متبلور شده‌اند. سنگهای آهکی دانه ریز که از بلورهای ریز [[کربنات کلسیم]] تشکیل شده‌اند، تحت تاثیر عوامل دگرگونی (فشار و حرارت) به مرمر که دارای بلورهای دانه درشت کلسیت است، تبدیل می‌گردد.
 
[[Fileپرونده:CitricAcid Crystalisation Timelapse.ogg|thumbبندانگشتی|رشد بلور سیتریک اسید]]
 
== تاثیر عوامل خارجی در نمو بلورها ==
==== وجود مواد فرار ====
 
وجود بخار آب و گازها در یک ماده مذاب، [[نقطه انجماد]] را پایین آورده و سرعت انجماد را کند می‌سازد. بنابراین باعث افزایش رشد بلورهای آن ماده می‌شود. به عنوان مثال در رگه‌های پگماتیت به علت وجود بخار آب و گازهای فراوان در ماده مذاب پگماتیتی، بلورها به مراتب درشت‌تر از بلورهای توده آذرین اصلی است، حال آنکه سرعت انجماد در رگه‌های پگماتیت از سرعت انجماد توده آذرین اصلی بیشتر بوده است.
 
==== تراکم محلول ====
اندازه بلورها در یک محلول بستگی به درجه اشباع شدگی آن محلول دارد. در محلولهای فوق اشباع تعداد مراکز تبلور فراوان می‌باشد و در نتیجه اندازه بلورها کوچک خواهد شد. برعکس در محلولهائی با درجه اشباع شدگی کمتر تعداد مراکز تبلور کم بوده و بنابراین اندازه بلورها درشت‌تر خواهد بود.
 
== میانبارمینبار یا ادخال در بلورها ==
 
در حین رشد بلور ممکن است موادی به صورت جامد، مایع و یا گاز به سطح بلور بچسبد. ادامه رشد بلور باعث می‌شود که این مواد در درون بلور قرار گرفته، موجب تشکیل ادخال در داخل بلور گردد، حبابهایی خیلی کوچک [[گاز کربنیک]] همراه با آب در داخل بلور کوارتز و یا قطرات خیلی کوچک آب در بلورهای [[نمک طعام]] و نیز قطرات مواد مذاب غیر متبلور (شیشه) در درون بلورهای فلدسپات ادخالهائی می‌باشند که همزمان با تبلور بلور در داخل آن قرار می‌گیرند.
 
== اجتماع بلورها ==
=== اجتماع نامنظم ===
 
در این نوع، اجتماع بلورها در جهات مختلف بدون رعایت نظم و ترتیب صورت می‌گیرد. مثلامثلاً در یک توده نبات یا در اختلاط گچ زنده با آب می‌بینیم که گچ می‌بندد. سخت و یکپارچه شدن این ماده به علت [[تبلور مجدد]] بلورهای ژیپس و چسبیدن آنها به یکدیگر صورت می‌گیرد.
 
=== اجتماع منظم ===
 
هرگاه در زمان تشکیل و نمو بلورها، شرایط مناسب باشد، نطفه‌های بلور بطور اتفاقی در کنار هم نمی‌گیرند، بلکه طبق قواعد معین با نظم و ترتیب خاصی با یکدیگر، [[رشد و نمو]] خواهند نمود. صورتهای مختلف اجتماع منظم بلورها عبارتند از:
 
=== اجتماع کروی (اسفرولیتی) ===
=== اجتماع موازی ===
 
در این گونه تجمع، بلورها بطور موازی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و دارای سطوح مشترکی می‌باشند. در اجتماع موازی بلورها معمولامعمولاً بلورهای هم‌جنس شرکت دارند، مانند بلور کوارتز.
 
=== اجتماع بلورهای ناهمسان ===
علاوه بر بلور هم‌جنس، بلورهای غیرهم‌جنس نیز به نوبه خود تشکیل اجتماع منظم و یا جهت‌دار می‌دهند. این نوع اجتماعات بر پایه تشکیل نطفه بلوری بر روی بلور دیگری قرار دارد، به نحوی که سطح مشترک بین دو بلور از نظر ساختمان شبکه‌ای مشابه باشند. برای مثال، اغلب بر روی بلورهای ورقه‌ای هماتیت بلورهای سوزنی شکل روتیل نمو نموده‌اند و در پگماتیتها بلورهای کوارتز در داخل بلور ارتوز به صورت اجتماع موازی دیده می‌شود.
 
[[Imageپرونده:Crystal growth.PNG|frame|rightراست|رشد بلور]]
 
=== اختصاصات مواد متبلور ===
 
اجسام متبلور به خاطر داشتن شکل مخصوص، سختی، خاصیت ارتجاعی، مقاومت محدود در مقابل حرارت و فشار و [[نقطه ذوب]] از مایعات و گازها متمایز می‌شوند. بعضی از مواد متبلور مانند پارافین نرم هستند و اجسامی مانند شیشه و پلاستیک هرچند که جامدند، ولی متبلور نمی‌باشند. بلورها اجسامی همگن و ان‌ایزوتوپ هستند. ان‌ایزوتوپ بودن بلور به این علت است که اختصاصات فیزیکی مانند سرعت انتشار حرارت و نور یا درجه سختی و غیره در جهات موازی آنها برابر می‌باشد و در جهات مختلف نابرابر می‌باشد.
 
=== رنگ بلورها ===
هرگاه بخش اعظم نور از بلور عبور کند و فقط مقدار کمی از آن جذب گردد، بلور شفاف دیده می‌شود و چنانچه مقدار نور جذب شده و نوری که از بلور عبور می‌کند، تقریباتقریباً برابر باشد، بلور نیمه شفاف به نظر می‌رسد. در صورتی که اگر تمام نور وارده جذب گردد، بلور تیره دیده می‌شود. هرگاه جذب نور برای طول موجهای مختلف متفاوت باشد، بلور رنگی بنظر می‌رسد.
 
بعضی از بلورها دارای رنگهای مشخص هستند، مثلامثلاً مالاکیت دارای [[رنگ سبز]] و ازوریت دارای رنگ [[آبی آسمانی]] می‌باشد. تعدادی از بلورها در اصل بی‌رنگ می‌باشند، ولی در اثر وجود ناخالصی و یا پیگمان به رنگهای مختلفی دیده می‌شوند. مثلامثلاً کوارتز بی‌رنگ بوده، ولی در اثر ناخالص دارای رنگهای سفید، بنفش، دودی، زرد، صورتی و سیاه می‌باشد و یا وجود کروم به صورت پیگمان در کروندوم باعث [[رنگ قرمز]] آن می‌شود.
 
== برخی از کاربردهای بلورها ==
== کاربرد تبلور یا کریستالیزاسیون ==
 
مهمترین روش جهت خالص کردن اجسام جامد (اکثر [[مواد آلی]] بصورت جامد هستند) تبلور مکرر است. به این ترتیب که مادهٔ ناخالص را در یک حلال مناسب در گرما تا حد اشباع حل می‌کنند. محلول گرم را صاف و مواد حل نشده را جدا می‌کنند. بعد محلول را آنقدر سرد می‌کنند تا جسم مورد نظر بصورت بلور تشکیل شود. عمل خالص کردن درنتیجهٔ یکبار کریستالیزاسیون کامل نمی‌شود و در بعضی موارد چندین بار تکرار می‌شود. عمل وقتی کامل است که حداکثر محصول بدست آید. در عمل گاهی با حلال‌های مختلف و یا مخلوط آنها کریستالیزاسیون انجام می‌شود. عمل کریستالیزاسیون به دو روش می‌تواند صورت بگیرد:
 
۱- در اثر حل نمودن ماده در حلال
ترکیبی که می‌خواهیم متبلور کنیم را باید در یک حلال یا مخلوطی از حلالهای داغ، محلول بوده و در حالت سرد همان حلالها نامحلول باشد. عمل تخلیص در صورتی انجام می‌شود که ناخالصی یا درحلال سرد محلول باشد و یا در حلال داغ نامحلول باشد. در حالت دوم محلول را بصورت داغ صاف می‌کنیم تا ناخالصیهای محلول جدا شوند. اگر محلول رنگی باشد و ما بدانیم که جسم مورد نظر بیرنگ است مقدار کمی از زغال رنگبر به محلول سرد اضافه نموده سپس آنراحرارت داده، بصورت داغ صاف می‌کنیم. زغال رنگبر، ناخالصیهای رنگی را جذب می‌کند.
 
انتخاب محیط تبلور کارساده‌ای نیست، رفتار حلالیت ترکیب یا باید شناخته شده باشد و یا باید به طریق تجربی مشخص گردد. مثلامثلاً وقتی که تبلور پارادی بروموبنزن مورد نظر باشد مخلوطی از اتانل وآب به کار می‌رود. ترکیب هم در اتانل سرد و هم در اتانل داغ محلول است: از اینرواتانل تنها، برای این کار مفید نیست. از طرف دیگر این ترکیب چه در آب سرد و چه درآب داغ کم محلول است بنابر این آب تنها نیز برای این کار مفید نیست. اما مخلوط مساوی از الکل و آب در حالت داغ حلال خوبی برای جسم است و در حالت سرد حلالیت آن جزئی است از اینرو از مخلوط این دو حلال برای تبلور پارادی بروموبنزن استفاده می‌شود.
 
بعضی مواقع عمل تبلور خودبخود صورت نم یگیرد و باید آنرا بر اثر تحریک متبلور نمود. بدین منظور یا جدارداخلی ظرف در سطح محلول را می‌خراشند و یا ذراتی خالص از همان جسم را در محلول سردوارد می‌کنند تا تبلور شروع شود. بسیاری از ترکیبات بر اثر سرد کردن محلول یا سردکردن به همراه هم زدن به صورت بلور در می‌آیند. برخی ترکیبات به صورت روغن در آمده چندین ساعت و حتی گاهی چندین روز وقت لازم است تا بلور تشکیل شود.
[[رده:کانی‌شناسی]]
[[رده:مهندسی شیمی]]
[[رده:ویکی‌سازی رباتیک]]