این تحقیق در مورد تبلور یک ماده است و به بررسی تاریخچه، علم بلورشناسی، تشکیل نطفه بلور، نمو بلورها و فرآیندهای تبلور در مواد مذاب و محلول های فوق اشباع می پردازد.
تاریخچه
تبلور ماده به معنای سازماندهی دقیق و جهت دار ذرات و مولکول ها در ساختاری منظم است که این نظم در سراسر جسم ماده تثبیت و حفظ می شود.
بلورشناسی
علم بلورشناسی یا کریستالوگرافی شاخه ای از دانش است که به بررسی چگونگی شکل گیری، رشد و ساختار بلورها می پردازد و همچنین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مواد متبلور را مورد مطالعه قرار می دهد. واژه کریستال (Crystal) ریشه یونانی دارد و از ترکیب دو کلمه «کایروس» به معنی سرما و «استِلوس» به معنای سخت شدن تشکیل شده است، که در مجموع به معنای سخت شدن به واسطه سرما است.
فلاسفه قدیمی اعتقاد داشتند بلورهای موجود در سنگ ها در واقع همان بلورهای یخی هستند که در اثر سرمای شدید و طولانی مدت به تدریج سخت و مقاوم شده اند و قادرند حتی در برابر دماهای بالاتر از صفر درجه نیز پایدار بمانند. در سال ۱۶۹۰، دانشمند معروف، کریستیان هایگنس، کشف کرد که بلورها از تجمع ذرات بسیار ریز تشکیل شده اند. سپس در سال ۱۹۱۲، ماکس فون لاوه با بهره گیری از اشعه ایکس، نظریه شبکه بلوری را به صورت علمی و تجربی ثابت کرد که نقطه عطفی در درک ساختار داخلی بلورها محسوب می شود.
تبلور و نمو بلورها
برای شکل گیری یک بلور، ابتدا لازم است که نطفه آن تشکیل شود؛ پس از این مرحله، نطفه به تدریج رشد می کند تا بلوری کامل که توسط سطوح مشخصی محدود شده است، به وجود آید. نطفه های بلور، ذرات ریزی هستند با قطری حدود ۴۰ تا ۱۸۰ آنگستروم که به صورت ناگهانی در بخارات، مایعات اشباع شده یا در مواد مذاب سرد شده شکل می گیرند. تشکیل این نطفه ها در حالت جامد، نقش کلیدی دارد؛ به عنوان مثال، در شیشه، فرآیند تبلور که به واسطه واکنش های شیمیایی یا ناپایداری های حرارتی رخ می دهد، موجب کاهش شفافیت آن خواهد شد.
فرآیند تبلور معمولاً هنگام تغییر حالت فیزیکی یک ماده به حالت دیگر اتفاق می افتد و این تبدیل عمدتاً به سه شکل صورت می گیرد:
تبلور در هنگام تغییر حالت مایع به جامد
این نوع تبلور به دو صورت انجام می شود: انجماد مواد مذاب و تبلور مواد محلول.
انجماد مواد مذاب
اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود، اتم ها یا مولکول ها در هر وضعیتی که باشند، فشرده و ثابت می گردند و ماده جامدی بدون نظم ذره ای مشخص تشکیل می شود. این حالت به نام جامد ایزوتروپ شناخته می شود. اما اگر فرایند سرد شدن به آرامی انجام شود، اتم ها و مولکول ها تحت تاثیر نیروی جاذبه بین خود و پیروی از ساختار شبکه بلوری، در کنار هم قرار می گیرند و نطفه بلور را شکل می دهند. سپس سایر مولکول های آزاد و پراکنده در ماده مذاب به نطفه متصل شده و باعث افزایش حجم آن می شوند تا نهایتاً بلور بزرگ و منظم شکل گیرد.
تبلور مواد محلول
در این حالت، محلول باید در حالت فوق اشباع باشد. در چنین محلول هایی بلورها شکل می گیرند و به تدریج ته نشین می شوند. در ابتدا، این بلورها به صورت نطفه های متحرک ظاهر می شوند که دلیل تحرک آنها، حرکت مداوم یون ها و مولکول های تشکیل دهنده شان است. مشابه انجماد مواد مذاب، رشد بلورها در محلول نیز از طریق پیوستن منظم یون ها، اتم ها و مولکول های معلق به نطفه های بلور انجام می شود و به این ترتیب بلورهای کامل تر شکل می گیرند.