X
تبلیغات
پیکوفایل
بلــــورهـــا  چاپ
تاریخ : سه‌شنبه 21 آبان‌ماه سال 1387

 

به نام خداوند بخشنده مهربان

 

بلــــورهـــا

 

کوارتز بلوری

بزرگترین منبع تولید کوارتز بلوری طبیعی در دنیا دشت وسیعی بین ایالتهای میناجره ، گواز و بهیا در کشور برزیل است. این دشت سنگهای قدیمی پرکامبرین و پالئوزوئیک زیرین را پوشانیده و جریانهای رودخانه‌ای قسمتهای مختلف آن را بریده است. ذخایر کوارتز در این منطقه اکثرا در سنگهای رسوبی پرکامبرین فوقانی تا سیلورین مجتمع هستند.

اشکال ذخایر کوارتزی

ذخایر کوارتز بیشتر به ‌صورت رگه ، تنوره ، استوک ورک گرهک هستند و در مواردی نیز رگه‌های کوارتز با طبقات رسوبی به ‌صورت هم شیب دیده می‌شوند. تمرکز کوارتز به سنگهای سیلیسی اختصاص داشته و غالب آنها در ماسه سنگها و کوارتزیتهای پرکامبرین فوقانی پراکنده‌اند. کوارتز در داخل رگه‌ها و سایر اشکال ذخیره ، به صورت بلورهای نسبتا منظم و کنار هم قرار گرفته‌است. بطوری که منظره کناری آنها به رگه کوارتز در حالت دندانه‌ای (شانه‌ای) می‌دهد.

موارد استفاده کوارتز

کاربرد اصلی کوارتزهای مناسب برای مصارف الکترونیکی تهیه واحدهای بلوری به منظور کنترل فرکانس صحیح فرستنده‌های رادیویی ، مدارهای تلفنی با فرکانسهای رادیویی ، و دسته‌ای از زمان‌نگارها است به علاوه از واحدهای بلوری کوارتز در دستگاههای الکترونیکی به‌عنوان صافیهای موج برای جدا کردن فرکانسهای نامناسب نیز استفاده می‌شود.

از موارد استفاده دیگر کوارتزهای بلوری کاربرد آنها در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی مانند دستگاههای بلندگو و غیره است.

استفاده جدید این کانی در ساعتهای کوارتز نیز بازار مصرف آنرا به نحو چشمگیری افزایش داده است. همچنین برای صنایع نوری از قبیل تهیه منشورها ، عدسی‌ها و مصارف گوناگون دیگر نیز کوارتز بلوری به مقدار زیاد مورد نیاز است.

کوارتز مصنوعی

کاربرد فراوان و ذخایر محدود کوارتز بلوری در دنیا سبب شده است که امروزه این کانی را به روش مصنوعی نیز تهیه کنند و برای این منظور از کوارتزیت و انواع دیگر سنگهای سیلیسی به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. معمولا ذرات ریز کوارتز طبیعی با زوایای معین به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. معمولا ذرات ریز کوارتز طبیعی با زوایای معین به عنوان هسته‌های اولیه تبلور بلورهای مصنوعی بکاربرده می‌شوند.

سیلیس

سیلیس در حدود 60 درصد پوسته جامد زمین را تشکیل می‌دهد و اکثرا به‌صورت روباز استخراج می‌شود. این ذخایر معمولا به صورت کوارتز ، کوارتزیت و انواع ماسه سنگها برای مصارف گوناگون مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.

انواع ذخایر سیلیس

از نظر خاستگاه شلرچی ذخایر سیلیس را به سه دسته اولیه ، ثانویه و جانشین تقسیم کرده است که انواع اولیه در رگه‌های پگماتیتی و دایکهای کوارتزی مشاهده می‌شوند. نوع ثانویه سیلیس شامل ماسه ، ماسه‌سنگ و کوارتزیت‌هایی است که در نتیجه فرسایش ، رسوبگذاری و مراحل مختلف آن حاصل شده‌اند. بالاخره سیلیسهای نوع جانشین حاصل جانشین شدن محلولهای سیلیسی در سنگها و شکافها و در نتیجه تشکیل ژالب ، آگات ، بلورهای کوارتز و رگه‌های کوارتز هستند.

سیلیس و کاربرد آن در صنایع فلزات

سیلیس در صنعت به صورت عنصر سیلیسیوم و همچنین به‌طبیعی مورد استفاده فراوان دارد. یکی از مصارف سیلیس ، در صنعت فولاد است و این کارخانه معمولا از فروسیلیسیوم برای احیا کردن فلز مذاب در کوره‌ها استفاده می‌کنند. همچنین از فروسیلیسیوم‌های غنی از سیلیسیوم در کارخانجات تهیه فولاد حرارت بالا و فنرهای فولادین استفاده می شود.

برای تهیه بعضی از آلیاژهای فولاد نیز مقداری سیلیسیوم لازم است. به عنوان مثال ، برای تهیه ورقه‌های فولاد مورد نیاز صنایع الکتریکی بین 0.5 تا 5 درصد سیلیسیم مورد نیاز است. مقاوم بودن چدن در مقابل حرارت بالا و خورندگی مواد اسیدی به ‌علت وجود سیلیسیوم در آن است که مقدارش ممکن است به 17 درصد هم برسد. مقدار سیلیسیوم چدن معمولا بین 5 تا 15 درصد است.

در کارخانه‌های صنایع منیزیم نیز از فروسیلیسیوم برای احیای اکسید منیزیم استفاده می‌شود. اصولا صنایع فلزی ، سیلیسیوم را برای تهیه آلیاژ با عناصر آلومینیم ، مس و نیکل مورد استفاده قرار می‌دهند. اضافه کردن مقداری سیلیسیوم به آلومینیم (2 تا 25 درصد) مقاومت و استحکام آلومینیم را به مقدار زیاد افزایش می‌دهد. همچنین مس سیلیسیوم‌دار استحکام و مقاومت زیادی دارد. به علاوه از عنصر سیلیسیوم انواع رزین‌ها و عامل ضد کف و مواد مورد استفاده در تصفیه آب تهیه می‌شود. عنصر سیلیسیوم خالص در صنایع الکترونیکی نظیر کامپیوتر ، ماشینهای حساب و وسایل ارتباطی مورد نیاز است و از مزایای آن نسبت به عناصر دیگر مقاومت بیشتر در مقابل حرارت بالاست.

 

سیلیس و کاربرد آن در صنعت شیشه سازی

از عمده‌ترین مصارف سیلیس در صنعت مورد استفاده آن در صنایع شیشه ‌سازی است. مواد اولیه برای این منظور تا حد زیادی خالص باشد و تقریبا عاری از ناخالص‌های نیکل ، کرم ، مس و کبالت باشد. فلزات نامبرده سبب نامرغوبی شیشه از نظر ایجاد رنگ در آن و یا مشکلات حاصل در شیشه مذاب است. البته در موادی که نیاز باشد ممکن است تحت شرایط کاملا کنترل شده و برای منظورهای معین مختصری از عناصر نامبرده به مواد اولیه شیشه اضافه شود.

با توجه به تاثیر نامطلوب ناخالصی‌ها در مواد خام صنعت شیشه ‌سازی ، کارخانه‌داران در بررسی مواد اولیه معمولا وسواس زیادی دارند. در اینگونه موارد حتی در انتخاب مواد آتش‌زا به منظور استخراج سنگ معدن نیز دقت می‌شود، چون تنها مقدار ناچیزی از فلزات موفق برای نامرغوب کردن سنگ معدن اولیه کای است و حتی سعی می‌شود که از سیمهای مسی و یا لوازمی که با چهار فلز نامبرده ساخته می‌شود، در مجموع استخراج سنگ و مراحل بعدی تهیه شیشه استفاده نشود. با توجه به تمام مسایل برای تهیه شیشه‌های مرغوب حداکثر قابل قبول برای بعضی عناصر در شیشه مذاب را به ترتیب اعلام داشته است :

 

آهن

0.015 تا 0.03 درصد

آلومینیم

0.20 تا 1 درصد

قلیاییها و تیتان

0.01 درصد

کرم و کبالت

0.05 درصد

مواد خام شیشه برای مصارف تجاری ترکیبی از سیلیس ، آهک ، سود است که سیلیس ، ماده تشکیل دهنده شیشه ، آهک یا آهک منیزیم‌دار (CaO=MgO) ، تثبیت کننده به منظور بادوام شدن آن از نظر شیمیایی و بالاخره سود عامل کمک ذوب در کوره است (میلز1975) .

سیلیس و کاربرد آن در صنعت سرامیک سازی

از موارد استفاده دیگر سیلیس در صنعت سرامیک است که در حقیقت تشکیل‌دهنده اصلی شیشه در ساختمان سرامیک‌هاست. معمولا برای این منظور از ماسه‌ها ، چرت‌ها و کوارتزیت‌ها عادی از آهن استفاده می‌شود. گاهی نیز از اشکال دیگر سیلیس مانند دیاتومیت و غیره استفاده می‌شود. شیشه در سرامیک عامل اصلی پیوند ترکیبات دیگر سرامیک است.

 

تاریخچه بلورشناسی

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 مجموعا معنی سخت شدن در اثر سرما را می‌دهد.

فلاسفه قدیم نیز منشاء بلورهای یک سنگ را بلورهای یخ می‌دانستند 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.

تبلور و نمو بلورها

برای اینکه یک بلور بتواند تشکیل گردد، باید در وحله 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 40 تا 180 آنگستروم که بطور ناگهانی در بخارات و مایعات اشباع شده و یا مواد مذاب سرد شده تشکیل می‌شوند. در اجسام جامد تشکیل بلور ، نقش مهمی را بازی می‌کند، مثلا 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 معمولا 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

این نوع تبلور به دو صورت انجماد مواد مذاب و تبلور مواد محلول انجام می‌گیرد:

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 مستقیما از تبدیل بخار به جامد حاصل می‌شوند. این بلورها معمولا کوچک و دارای طرح اولیه می‌باشند که اصطلاحا اسکلت بلور گفته می‌شود. در طبیعت ، سوبلیماسیون در گازهای خشک آتشفشانی دیده می‌شود. در این حالت مواد گازی آتشفشانی در شکافهای توده آذرین مستقیما به بلور تبدیل می‌گردند. مثال بسیار روشن برای پدیده سوبلیمانسیون ، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخار آب اطاقها 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.

تاثیر عوامل خارجی در نمو بلورها

شرایط زیر سبب بوجود آمدن اختلاف در اندازه بلورها می‌گردد:

سرعت انجماد :

افزایش طول مدت انجماد یک ماده مذاب امکان تغذیه شیمیایی بیشتر بلورها از ماده مذاب را فراهم می‌سازد. بنابراین کم شدن سرعت انجماد ، موجب تشکیل بلورهای درشت و تسریع در انجماد سبب تشکیل بلورهای کوچک و ریز می‌گردد.

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.

میانبار 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 بلورها به دو صورت اجتماع منظم و نامنظم مشاهده می‌شود:

اجتماع نامنظم :

در این نوع ، اجتماع بلورها در جهات مختلف بدون رعایت نظم و ترتیب صورت می‌گیرد. مثلا 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) :

اگر تبلور ماده مذاب سریع صورت بگیرد و تعداد مراکز تبلور کم باشد، بلورها به شکل سوزنهای باریک و به صورت دستجات کروی و جدا از هم تشکیل می‌شوند، مانند بلورهای سوزنی شکل طلا و کلرور پتاسیم که در سیستم کوپیک متبلور می‌شوند.

اجتماع موازی :

در این گونه تجمع ، بلورها بطور موازی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و دارای سطوح مشترکی می‌باشند. در اجتماع موازی بلورها معمولا بلورهای هم‌جنس شرکت دارند، مانند بلور کوارتز.

اجتماع بلورهای غیرهم‌جنس :

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.


img/daneshnameh_up/e/e6/crystaliza.jpg

 

 

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، تقریبا 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، مثلا 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. مثلا 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

بلورهای و نظایر آنها در ساختن وسایل نوری بکار می‌روند.

بلورهائی با خاصیت پیروالکتریسته مثل در صنعت الکترونیک کاربرد دارند.

بلورهای SiC در تهیه ترانزیستور و روبین یا یاقوت در تهیه اشعه لیزر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بلورها برحسب نوع ذرات تشکیل دهنده و نیروهای نگه دارنده این ذرات به چهار نوع بلورهای یونی ، مولکولی ، کووالانسی (مشبک) ، فلزی گروه بندی می‌شوند.

 

منابع:

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d9%81%d8%b1%d8%a7%db%8c%d9%86%d8%af+%d8%aa%d8%a8%d9%84%d9%88%d8%b1&SSOReturnPage=Check&Rand=0

 

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d9%85%d8%b9%d8%b1%d9%88%d9%81%d8%aa%d8%b1%db%8c%d9%86+%da%a9%d8%a7%d9%86%db%8c+%d8%b5%d9%86%d8%b9%d8%aa%db%8c&PHPSESSID=826f991d4323b521bad8ea3230107626&SSOReturnPage=Check&Rand=0