الأنواع المختلفة للفراغ الشبكي في البلورات

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الخامس

ترجمة أ.د عبد الله الغنيم واخرون

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البلورة الفراغ الشبكي أنواع الفراغ الشبكي في البلورة الكيمياء

إن تكوين الفراغ الشبكي في البلورة يرجع أساساً إلى طريقة ترتيب الذرات أو الأيوانات بانتظام في التركيب البلوري.

ولتوضيح ذلك يمكننا التحدث عن تركيب بلورة معدن الهاليت (NaCl) حيث نلاحظ أن أيونات الصوديوم Na⁺ والكلور Cl^– ترتب بنظام محدد داخل البلورة أي أنه إذا اعتبرنا كل أيون صوديوم ممثل بنقطة في البلورة فإن الناتج يكون مجموعة نقاط موزعة في ثلاثة أبعاد بانتظام معين، وهذا ما يعرف بالفراغ الشبكي لأيونات الصوديوم في بلورة معدن الهاليت.

وكذلك فإن هناك فراغاً شبكياً لوحدات أيوانات الكلور وبالتالي فإن الفراغ الشبكي لبلورة معدن الهاليت يتكون نتيجة تداخل واختراق شبكتي الصوديوم والكلور معاً.

ولذلك فإن تماثل النظام الشبكي المتحد للصوديوم والكلور يحدد التماثل الكلي لبلورة معدن الهاليت (شكل 1).

 

وقد يكون الفراغ الشبكي لكل من العناصر الموجودة في بلورة المعدن متشابهاً مثل الفراغ الشبكي لعنصري الصوديوم والكلور في بلورة معدن الهاليت، وقد يختلفان كما هو في مركب فلوريد الكالسيوم (شكل 2).

والخلاصة أن النظام الشبكي للبلورة يمكن اعتباره بناء لعديد من الوحدات بحيث أن كل وحدة تتميّز بثلاثة أبعاد، وهذه الوحدة هي ما تعرف بالوحدة البنائية Unit cell، ويحدد المظهر الخارجي لأي بلورة بواسطة شكل وأبعاد الوحدة البنائية. 

 

ولقد اتضح أن هناك 14 نوعاً من الوحدات البنائية تمثل الأنواع المختلفة للفراغ الشبكي في البلورات، وتعرف باسم الفراغ الشبكي لبرافياس أي أنه هناك 14 طريقة لترتيب أيونات أو ذرات العناصر بانتظام، بحيث تكون مرتبة في أبعاد ثلاثة لتكوين بلورات المعادن المختلفة.

ولتوضيح ذلك نجد أن بلورة أي معدن تتكون وتنمو نتيجة تكرار هذه الوحدات البنائية في أبعاد ثلاثة.

 

وسوف نوضح توزيع الأربعة عشر احتمالاً على الفصائل السبع البلورية الأساسية كالآتي (شكل 3):

1- فصيلة المكعب: Cubic system

من الممكن أن يوجد في بلوراتها 3 طرق لتوزيع الأيونات أو الذرات في الفراغ الشبكي لها، وبالتالي يكون لها ثلاث وحدات بنائية هي:

أ- وحدة المكعب البدائية (Primaitive cubic cell).

ب- وحدة المكعب الممركزة (Body centered cubice cell).

ج- وحدة المكعب ذو الوجه الممركز (Face centered cubic cell).

 

2- فصيلة الرباعي: Tetragonal system

وتتضمن وحدة بنائيتين:

أ- وحدة الرباعي البدائية (Primitive tetragonal cell).

ب- وحدة الرباعي الممركز (Body centered tetragonal cell).

 

3- فصيلة المعيني القائم: Orthorhombic system

وتتضمن 4 وحدات بنائية:

أ- وحدة المعين القائم البدائية (Primitive orthorhombic cell).

ب–  وحدة المعين القائم الممركزة (Body centered ortho-hombic cell).

ج- وحدة المعين القائم الوجه الممركز (Face centered orthorhombic cell).

د- وحدة المعين القائم الممركز عند وجهتين متقابلتين (Base Centered orthorhombic cell).

 

4- فصيلة السداسي: Hexagonal system

وتتضمن وحدة بنائية واحدة هي:

أ- وحدة السداسي البدائية (Primitive hexagonal cell).

 

5- فصيلة الثلاثي: Trigonal system

وتتضمن وحدة بنائية واحدة هي:

أ- وحدة الثلاثي البدائية (Primitive trigonal cell)

 

6- فصيلة وحيد الميل: Monoclinic system

وتتضمن وحدتين بنائيتين هما:

أ- وحدة وحيد الميل البدائية (Primitive monoclinic cell).

ب-  وحدة وحيد الميل الممركزة عند وجهتين متقابلتين (Base centered monoclinic cell).

 

7- فصيلة ثلاثي الميل: Triclinic system

وتتضمن وحدة بنائية واحدة:

أ- وحدة ثلاثي الميل البدائية (Primitive triclinic cell).

وأبسط الوحدات البنائية في كل فصيلة هي الوحدة البدائية (Primitive cell) حيث نجد أن لها 8 نقاط موزعة على الثمانية الأركان فقط.

ويمكن اعتبار كل نقطة كأنها مركز ثقل الأيون أو الذرة، وبحيث أن أقصى احتمال ممكن أن تشارك فيه النقطة الواحدة هو 8 وحدات بنائية مجاورة، فلذلك نجد أن نصيب الوحدة البنائية الواحدة في كل نقطة هو   النقطة.

أي أن الثماني النقاط الموجودة في الأركان الثمانية للوحدة البنائية الواحدة تكون قيمتها الحقيقة نقطة واحدة في حالة مشاركة هذه الوحدة مع 7 وحدات أخرى، وهناك ثلاث وحدات بنائية أخرى أساسية إحداها هي ممركزة الأوجه (Face centerd cell).

 

وفي هذه الحالة نجد أن هناك نقطاً مركز كل وجه بالإضافة إلى 8 نقاط الموجودة في الأركان الثمانية، والثانية هي ممركزة الوجهين المتقابلين (Base centered)

وفي هذه الوحدة نجد أن هناك نقطة في مركز وجه ونقطة أخرى في مركز الوجه المقابل له بالإضافة إلى الثماني نقاط في الأركان الثمانية والنوع الثالث هو الممركز في الداخل (Body certered) وفي هذه الوحدة نجد نقطة واحدة في مركز الوحدة البنائية، هذا بالإضافة إلى الثماني في الأركان الثمانية.

ومن الملاحظ أن أطوال حدود كل وحدة بنائية، وكذلك الزوايا بين هذه الأطوال تحدد على أساس نوع الفصيلة التي تتبلور فيها هذه الوحدة. والمقصود بالأطوال هنا هي المسافة بين كل نقطتين في الأبعاد الثلاثة، وهذه الأبعاد الثلاثة هي ما تعرف بالمحور البلوري (أ) والمحوري البلوري (ب) والمحور البلوري (ج)

 

وهذه المحاور الثلاثة تلتقي في نقطة في مركز الوحدة البنائية، وهي التي تعرف فيما بعد بالمركز البلوري والمحور (أ) يتجه من الأمام إلى الخلف ويعتبر طرفه الأمامي موجب الإشارة (+) وطرفه الخلفي سالب الإشارة (-).

أما المحور (ب) فهو يمتد من اليمين إلى اليسار ويعتبر طرفه الأيمن (+) موجباً وطرفه الأسير (-) سالباً، وكذلك المحور (ج) فهو يمتد رأسياً من أعلى إلى أسفل ويعتبر طرفه العلوي موجباً (+) وطرفة السفلي (-) سالباً.

وبالطبع فإن هذه المحاور الثلاثة الوهمية للوحدة البنائية تزداد في أطوالها بزيادة عدد الوحدات البنائية، أي بزيادة نمو البلورة شريطة أن تظل النسبة بين أطوالها ثابتة في بلورة المعدن الواحدة وزيادة هذه الأطوال أي نمو البلورة متوقف على طبيعة الوسط الذي تنمو فيه هذه البلورة.

بمعنى أن تكون الأيونات أو الذرات المكونة لهذه البلورة موجودة بوفرة. وهناك عوامل أخرى كثيرة مثل درجة حرارة الوسط والضغط والأس الهيدروجيني.

 

أما الزوايا بين هذه الأطوال (المحاور البلورية) فالمقصود بها الزوايا ألفا  وبيتا  وجاما  وهذه الزوايا تعرف بالزوايا المحورية.

فالزاوية  هي الزاوية بين المحور البلوري ب، ج والزاوية بيتا هي الزاوية بين المحور البلوري أ، جـ والزاوية جاما  هي الزاوية بين المحور البلوري أ، ب.

وتظل هذه الزوايا ثابتة ابتداء من الوحدة البنائية الأولى حتى اكتمال نمو بلورة المعدن الواحد. ومن الجديد بالذكر أن النسبة بين الأطوال الثلاثة وكذلك قيم الزوايا المحورية بينهما تتوقف أساساً على طبيعة أيونات أو ذرات العناصر الداخلة في تركيب بلورة المعدن.

 

والمقصود هنا بطبيعة الأيوانات أو الذرات هو أنصاف أقطارها ونوع الرابطة التي تكونها وقوة الرابطة المتكونة بينهما، وعلى ذلك نجد أنه منذ اكتمال الوحدة البنائية الأولى تحدد فصيلة بلورة المعدن المتكون.

كما يحدد أيضاً الشكل البلوري لهذا المعدن، والمقصود بالشكل البلوري هو عدد الأوجه المكونة لكل بلورة، والوجه البلوري يتكون عادة من خلال المستويات الشبكية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]