تبلور

علاقة التبلور والترموديناميك

كذلك، ولكن السوائل التي تتصرف بهذه الطريقة عند تبريدها قليلة، فعلى الرغم من القانون الثاني للديناميكا الحرارية يحدث التبلور عادة عند درجة حرارة أقل قليلا عن درجة الحرارة المميزة للمادة - عند حالة للسائل تسمي «تبريد فائق». وهذا يعني من وجهة الترموديناميكا أنه من الأسهل هدم البلورة وتفرقة جزيئاتها عن جمعهم وبناء النظام البلوري.

ومن ناحية أخرى، تعتمد عملية التبلور على الترموديناميكا وحركة الجزيئات مما يجعل من الصعب التحكم في تلك العملية. وتدخل فيها مسألة نقاوة المادة المتبلورة، وطريقة خلط المكونات، وتصميم بوتقة التبلور، وخطة التبريد، كل تلك العوامل تؤثر على حجم البلورة المتكونة، وعدد البلورات، وشكلها.

• اقرأ كذلك
• علم المعادن
• حالة المادة
• وحدة خلية
• نظام بلوري
• شبكة تبلور برافيه
• نظام بلوري مكعب
• نظام بلوري رباعي
• علم البلورات
• بنية بلورية
• تبلور تجزيئي

علاوةً على ذلك، وإنه من الأسهل إذابة بلورة في مذيب عن تكوين بلورة منتظمة من هثل ذلك المحلول. إن تكوين نواة ابتدائية للتبلور وتنمية البلورة يعتمد على التحكم في حركة الجزيئات أكثر من اعتمادة على التحكم في الحركة الحرارية (الترموديناميك).

إضافةً إلى ذلك، G تسمى طاقة جيبس الحرة وهي في السائل أقل من مقدارها في المادة الصلبة أو البلورة.

من جانب آخر، ويمكننا تصور عملية التبلور بتخهيل جزيئ في داخل «بلورة مثالية» عندما ترفع درجة حرارتها بواسطة مصدر حراري خارجي. فعند وصول البلورة إلى درجة حرارة معينة (مميزة لمادة البلورة)، ينق الرباط بين الجزيئ وما حولة فجأة، ولحظيا يحدث ذلك لجميع الجزيئات في البلورة فتنفصل الجزئيات عن بعضها وتفقد هيكلها البلوري مكونة سائلا (يصبح توزيع مجموع الجزيئات عشوائيا لا شكل داخليا له). وتصف الديناميكا الحرارية تلك العملية بأن تحول المادة الصلبة المتبلورة إلى السيولة بسبب زيادة الإنتروبية S حيث تزيد عشوائية توزيع الجزيئات في النظام، وتغلبه على الإنثالبية H ، أي قوي الروابط بين الجزيئات.

ومن ناحية أخرى، تلك العملية تحدث دائما عند ارتفاع درجة الحرارة. كذلك بالنسبة إلى عملية التبريد، فعد التبريد ووصول درجة الحرارة المميزة للمادة، فجأة تتشابك الجزيئات وتتخذ شكلها البلوري. بذلك تنخفض الأنتروبية بسبب تبوء الجزيئات أماكن ثابتة منتظمة في البلورة. وهي عندما تترابط فيما بينها فهي تطلق حرارة الارتباط إلى الجو المحيط بها الذي يزيد من عشوائية الذرات والجزيئات في الكون - أي تزيد انتروبية الكون.

إنتاج البلورات

في هذا الإطار، لإنتاج بلورات كبيرة الحجم أو إنتاج بلورات على مستوى صناعي كبير ذات نقاوة عالية،

منها أنتاج بلورات أيونية،

ومن جهة أخرى، من وجهة علم المواد والصناعة تدرس وتبتكر طرق لتنمية البلورات:

ومنها أنتاج بلورات روابط تساهمية

ترسيب الرقاق الرقيقة.

إضافةً إلى ذلك، تستعمل طرق تعيين البنية البلورية بواسطة أشعة إكس وكذلك مطيافية الرنين المغناطيسي النووي NMR spectroscopy في الكيمياء المعدنية والكيمياء العضوية لمعرفة الهياكل البلورية لأعداد كبيرة من المركبات المعدنية والمركبات العضوية، ومن ضمنها دراسة بنية الجزيئات العضوية الكبيرة.

من جهة ثانية، إنتاج العينات: إنتاج عينات دقيقة لدراسة خصائصها في علم المواد، وطرق إعادة التبلور، وتبلور بلورات غريبة تدرس عن طريقها بناء الجزيئات، وقوي ترابط الذرات في البناء البلوري.

أمثلة لمنتجات على المستوى الصناعي الكبير:

إنتاج المساحيق، ومؤخرا مساحيق تقنية النانو،

في هذا الإطار، إنتاج عل المستوى الصناعي الكبير في الصناعات الكيماوية مثل إنتاج الملح،

إنتاج بلورات صغيرة:

إنتاج ملح الطعام

وفي هذا السياق، إنتاج الويفر من السيليكون النقي التي تستعمل في صناعات ميكروبروسيسور

ومن ناحية أخرى، إنتاج السكروز من قصب السكر والبنجر، حيث يتبلور السكر وينفصل من المحاليل السكرية.

وفي هذا الصدد، أنتاج الخلايا الشمسية المستعملة لإنتاج التيار الكهربائي من الطاقة الشمسية بواسطة التأثير ضوء جهدي.

تطبيقات

وفي السياق ذاته، تستعمل عملية التبلور في نوعين من التطبيقات لإنتاج «التبلور الصناعي» وهما: أنتاج البلورات ولتنقية المعادن والمركبات.

التبلور في الطبيعة

تبلور عسل النحل، وتميل أغلب أنواع عسل النحل على التبلور.

علاوةً على ذلك، ونشاهد في الطبيعة ظواهر كثيرة تتضمن عملية التبلور، وفي كثير من الأحيان تكون عصورا جيولوجية طويلة قد مضت حتى تتكون، مثل:

وفي هذا الصدد، متدليات الكهوف وصواعد الكهوف وهي أعمدة مخروطية متبلورة تحتوي على الماء. وعادة تتواجدا سوياً، حيث تتكون المتدليات أو الهوابط من تتابع تساقط قطرات الماء المحتوية على تركيبات معدنية ذائبة فيتبخر الماء منها وتعلق التركيبات المعدنية وتتبلور في هيئة المتدليات من أسقف الكهوف. عند سقوط قطرات الماء من المتدليات تشكل كذلك علي أرضية الكهف بعد تبخرها مخروطات هرمية من تركيبات المعادن المتبلورة، ومع مرور الزمن تستطيل المتدليات من أعلى إلى أسفل بينما يتزايد ارتفاع الصواعد المخروطية تحتها من أسفل إلى أعلى. بذلك يتكون الشكل المألوف للهوابط والصواعد المتبلورة في الكهوف. تحتاج نشأة تلك الأشكال البلورية إلى أزمنة طويلة من تتابع سقوط قطرات المياه المعدنية واحدة تلو الأخرى وتبلور المعادن التي يحتويها الماء تقاس بعشرات الآلاف أو مئات الآلاف من السنين.

من جهة ثانية، المعادن الخام والصخور مثل الجرانيت متبلورة بطبيعتها، وكذلك الأحجار الكريمة،

وفي هذا الصدد، أشكال الثليج السداسية الشكل والتي تتكون على الأسطح المستوية الباردة في وجود بخار الماء.

ومن الأشكال المعهودة التي تتبلور خلال وقت قصير: