عمليات التبلور كيف ومتى تحدث؟

من المؤكد أنك سمعت عن البلورات ، فمن المحتمل أن عقلك قد تخيل في هذه المرحلة ماسة ضخمة أو جمشت أو توباز. وبالتأكيد ، تضم هذه المجموعة أيضًا العديد من المشاهير "أحجار الكريمة"، لكن البلورة ليست فئة تشمل بوضوح مجال المجوهرات.

البلورة هي المنتج النهائي لعملية مثيرة للاهتمام تُعرف باسم التبلور ، والتي تتميز بإنتاج مادة صلبة متجانسة تتكون من "وجوه" ، وهي أجزاء تقع في مستويات مختلفة.

خصائص المادة الصلبة من التبلور

حجم البلورة هو خاصية متغيرة ، في مجموعة واسعة من الأبعاد. يمكن العثور على بلورات "ضخمة" والتي يمكن قياسها من خلال الوحدة الخطية "متر" ، كما يمكننا العثور على بلورات يجب ان يكون معبرا عنها من حيث "ميكرون"، نظرًا لصغر حجمها يجعلها قابلة للمقارنة مع الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا ، والتي لا يمكن ملاحظتها إلا من خلال المجهر.

كما ذكرنا ، ينتج عن العمليات البلورية منتجات ذات نقاوة عالية ، ولهذا السبب أنشأنا ، في وقت سابق من التعريف ، أن البلورات متجانسة: أي أن تركيبة المنتج تظل عند قيمة ثابتة في أي نقطة في حجم المادة الصلبة ، مما يعني أيضًا أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية تظل دون تغيير في جميع أنحاء الجزء ، وفي حالة ملاحظة الاختلاف بسبب الاضطراب ، سيحدث التغيير في جميع الأنواع. هذه الجودة تجعل البلورات منتجات ذات قيمة في مختلف المجالات ، بدءًا من تقدير جودة المواد إلى استخدام عملية التبلور كطريقة لفصل المواد.

يمكن أيضًا عزل المنتجات البلورية على مستوى المختبر ، من خلال التفاعلات الخاضعة للرقابة في التجمعات التي تحاكي العمليات التلقائية التي تحدث في الطبيعة. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للبلورات التي تم الحصول عليها في العمليات الخاضعة للرقابة في أنها تقدم أشكالًا أكثر انتظامًا ، والتي تتطابق تمامًا مع الأشكال متعددة الأضلاع بدقة أكبر.

في البلورة ، يجب أن نميز الوجوه التي تشكل جزءًا من العادة البلورية الحقيقية (الخصائص المورفولوجية) ، وبناءً على عددها ، يمكننا النظر في الأشكال الأساسية للمادة الصلبة. عادة في يتم تعريف البلورة من خلال الجمع بين عدة أشكال أساسية، أهمها ما يلي:

• بيديون: زجاج يتكون من وجه واحد مسطح ، بدون ما يعادله.
• بيناكويد: يتكون من وجهين متكافئين فيما يتعلق بمحور التناظر.
• الوتدي: يكمن الوجهان المتكافئان اللذان يشكلان هذا الجسم الصلب حول محور ثنائي.
• نشور زجاجي: وهي مكونة من وجوه متجانسة تشكل منطقة. يتم تعريف "منطقة البلورة" على أنها مجموعة من الوجوه الموازية للاتجاه نفسه ، والتي تتوافق مع حافة نفس الشيء.

يمكن اعتبار بنية البلورات من وجهة نظر داخلية مكونة من نظام متجانس إلى حد ما ودوري ومتباين الخواص لمادة مذابة تقوم بتطوير بنية في نقاط مختلفة في الفضاء. ومن خصائص البلورات حقيقة أن كل نقطة كرر بشكل منتظم في الفضاء الذي تشغله المادة. في علم البلورات ، تسمى الظاهرة التي تؤثر على هذا الإجراء ترجمة.

عملية التبلور

لكي يحدث التبلور ، يجب أن نبدأ من مادة يمكن تصنيفها على أنها "بلوري"، ويتم تعريف ذلك لأن الجسيمات التي يتكون منها ، سواء كانت ذرية أو جزيئية أو أيونية ، لها خصائص التجانس والتواتر والتماثل.

يتم تنشيط العملية برمتها عندما تبدأ الجسيمات في مرحلة ما في المادة البلورية في إعادة التنظيم ، في مرحلة تُعرف باسم تنوي. تتضمن هذه العملية برمتها ، بالإضافة إلى التباين الواضح في ترتيب الجسيمات ، عملية تغيير في الظروف الديناميكية الحرارية ، والتي تهدف إلى تعويض الاضطرابات الناتجة عن التغيير في طاقة جيبس ​​الحرة ، والتي تتميز بـ ثلاثة أحداث:

• التغيير في الطاقة الكيميائية.
• إنشاء واجهة بين منطقة التنوي وبقية المرحلة المتجانسة.
• يؤدي التباين في الحجم والشكل الذي تنطوي عليه هذه العملية إلى إثارة التوترات.

تنشأ المرحلة التالية عندما تستقر بنية قاعدة التنوي. الخطوة التالية هي شيء منطقي ويمكن التنبؤ به ، بمجرد أن نحصل على الهيكل الأساسي ، سندخل في عملية crecimiento، حيث لوحظ تغيير في أبعاد النواة. شيئًا فشيئًا ، ستؤدي هذه الزيادة إلى تكوين الوجوه ، حتى تكتسب البلورة عادة محددة جيدًا.

آلية نمو البلورات

تشرح النظرية التي طورها فولمر كيف يحدث نمو البلورة ، مما يثبت أنه ، حول البنية الأساسية من تنوي المادة البلورية ، نوع من طبقة امتصاص، والتي تعمل كواجهة ، بالإضافة إلى أنها تعزز هجرة الجسيمات حولها ، والتي تتحرك موازية للسطح. يتم تعريف نتيجة هذه العملية على أنها بنية محددة في مستوى ثنائي الأبعاد.

من جانبهم ، قرر كوسيل وستراسكي ذلك مطلوب عمل ميكانيكي لتحقيق تثبيت أيون على سطح هذه الطبقة ، وهذا يعتمد على موضعه.

يتطلب تطوير نموذج يحدد النمو التنبؤ بمناطق التشبع حيث يتم ملاحظة معدل تغيير أعلى (مناطق محلية من التشبع الفائق). هذا يدل على أن نمو البلورات يحدث في طبقات.

التبلور كآلية فصل

نظرًا لأن البلورة تتكون من مادة متجانسة ، فقد انتشر استخدامها كوسيلة للفصل الانتقائي للمواد ، من بين عدة طرق ، أدناه ، سنشرح ما يتكون استخدامه الأكثر انتشارًا من:

• إضافة مذيب جديد: إذا عرفنا طبيعة المنتجات التي نتعامل معها ، فيمكننا تطبيق هذه الطريقة ، والتي تتكون أساسًا من إضافة مذيب جديد يتفاعل مع المذيب الذي ينغمس فيه المذاب الذي نريد بلورته. عندما يبدأ المذيب الجديد بشكل انتقائي في التفاعل مع نظيره ، يترسب المذاب ، ويبدأ عملية التبلور.
• التبريد لتركيزات عالية المذابة: عندما يكون لدينا محلول عالي التركيز ، تم تصنيعه في درجات حرارة عالية ، ونخضعه لعملية تبريد ، نحصل على حالة من التشبع الفائق ، حيث يتم إذابة كمية أكبر من المذاب مما يمكن أن يقبله المذيب ، في تلك الجديدة ظروف درجة الحرارة. إذا تمت عملية خفض درجة الحرارة بطريقة مسيطر عليها ، فيمكننا التأثير على حجم البلورة التي سنحصل عليها.
• تسامي: لا يمكن تطبيق هذه التقنية إلا في المركبات البلورية التي تقدم ضغطًا بخارًا مرتفعًا ، بحيث لا تتطلب التحولات من الطور الغازي إلى الطور الصلب المرور عبر نقطة الانصهار.