يعتبر علم البلورات crystallography أحد والتي تشمل الصخور ويعرف المعدن mineral بأنه " كل مادة متبلورة )أي لها ترتيب وتتكون أيضا وقد أثار شكل البلورات وجمالها االنتباه منذ قديم ق.م( والعالم الرومانى بلينويوس Pliny( -23 79م( صاحب موسوعة التاريخ الطبيعى ، استخرجت من المناجم كأحجار كريمة وصبغات فى الصهر الستخراج الفلزات . وبالرغم من أن بلينويوس قد ذكر أن بلورات الكوارتز تتميز دائما بأن لها ست زوايا ، مقدمة Introduction

الخامس نهاية التفسيرات العلمية غير المتطورة ، كما أن آالف السنوات التالية لها لم تقدم سوى القليل جدا لمفاهيم ولقد كان بداية تطور علم البلورات وعلم المعادن وترجـع بدايـة تطـور علـم البلـورات فـى األسـاس إلـى G( 1494 ـ 1555م( إال أن أجريقوال حاول للمرة األولى تقديم تصنيف للمعادن على أساس خطوط عملية حديثة ومهد الطريق لعمل هوى Hauy واآلخرين. ولقد كان اإلسهام الحقيقى األول لعلم البلورات على يد العالم الدنيمركى ستينو Steno. ومن أى مكان جمعت منه البلورات )شكل 1-1( . وقد استكمل العالم جيجليلمينى وقد قدم العالم الفرنسى روم دى إسل Isle'I de Rome عام سيتم والذى constancy of interfacial Angles األوجه المتناظرة تكون واحدة فى كل بلورات المادة الواحدة اختلفت البلورات فى الحجم أو الشكل". ويحدث نفس الثبات فى قيمة الزاوية أيضا عندما يتم القياس بين أحرف البلورة أ( )ب( °120 في كال المقطعين بغض النظر عن الهيئة البلورية غير المتماثلة في البلورة المشوهة )ب( . Jr. Manual of mineralogy. New York. ففى عامى 1784 و1801م صاغ العالم الفرنسى هوى Haüy . J.R( 1763-1822م( والملقب بابي علم البلورات الرياضي نظريته عن تركيب يحدها أوجه مستوية معينية الشكل . ولقد استنتج هوى لها أشكال خارجية مختلفة أن كل بلورات الكالسيت تتكون نتيجة تكرار لوحدات تركيبية دقيقة لها شكل الكسرات المنفصمة )شكل 2-1( ، الصغيرة المتماثلة فى الشكل والحجم "الجزيئات المدمجة بكل الخواص الكيميائية والفيزيائية والهندسية للبلورات. ولقد أوضح هوى أنه يمكن إنشاء أشكال مكعبة من كما )أ( أ( بلورة مثلثى األوجه scalenohedron كاملة عل اليسار( تكونت نتيجة تراص العويو من الكتل المنفصمة متناهية ب( ب( مكعب من معون الجالينا تكون أيضا تكون أحو أوجه شكل نتيجة After Sinkankas, Mineralogy: A first course. Van Nost Rein. Comp. New York صفوف من الوحدات الصغيرة من الطبقات المتتابعة بانتظام . ومن الطبيعى أن تكون األوجه المتكونة فوق ولقد أوضحت الدراسات الحديثة أن مفهوم هوى عن تركيب البلورات إال أن صحة نظريته عن وحدات تركيبية دقيقة جدا قد تم تأكيدها . اكتشاف هوى جوهريا لعلم البلورات ، وتم اعتباره "أبو على الرغم من أن هناك أعماال سابقة وقد اعتبر عمل العالم الفرنسي هوى قوة دافعة للتطور المستمر لعلم البلورات خالل القرن التاسع عشر، حينما أدى معرفة جهاز الجونيومتر goniometer بنوعيه منقل التماس والمنقل العاكس لبصري )1-3( و)2-3( إلى وصف شكل وتماثل البلورات الطبيعية بصورة أكثر دقة . ولقد جاء الحدث الهام التالى فى تطور علم عندما لوحظ أنه عند مرور األشعة السينية خالل حيود diffraction بمجرد مرورها فى بلورات المعادن 4 اساسيات علم البلورات H.W Bragg وابنه Bragg . L.W بتأكيد األعمال السابقة حيث وجد أن األشعة السينية تحديد تركيب كلوريد الصوديوم. ولقد أدى اكتشاف حيود األشعة السينية إلى إمكانية دراسة التركيب الداخلى للبلورات، كما أدى تطوير للبلورات خالل القرن العشرين إلى أن أصبح علم البلورات يضم ثالثة أقسام رئيسة : 1ـ علم البلورات التركيبى Structural والتركيب الداخلى ونمط توزيع الذرات والجزيئات والتى تعتمد عليها كل الداخلى للمادة المتبلورة 3 ـ علم بصـــريات البلـــــورات Optical على الضوء ، خاصة الضوء المستقطب light polarized ، ولقد استمر علم البلورات التركيبى فى التطور نتيجة اكتشاف تقنيات حديثة وتم تطبيقه لمعرفة المزيد من أفرع العلم ، كما أدى تطور المفاعل النووى إلى تقديم األخرى يتم حيودها بصورة عامة باستخدام األشعة مما يؤدى إلى تقديم معلومات هامة عن التركيب وتهتم دراستنا الحالية فى هذا الكتاب ، أال وهو علم مورفولوجيا وهى دراسة لشكل البلورات التى تنمو بحرية I - بعض التعريفات التمهيدية : الحالة المتبلورة ، البلورة و درجة التبلور Crystalline State, لقد تغيرت األفكار المتعلقة بطبيعة البلورات مع وفى البداية ، ومن المستقطب( أو بعض الخصائص الفيزيائية مثل المكسر االنفصام cleavage( وهو الخاصية التي بموجبها وينقصها أى نظام منتظم لمكوناتها من الجزئيات. وعندما يسمح لمادة صلبة متبلورة بالنمو بحيث ال ترتيب األوجه البلورية المنتظم تعبيرا عن التركيب األبعاد الثالثة ، طبيعية وال دخل لإلنسان في عملية نموها . كلمة crystal من الكلمة اليونانية القديمة "krystallos" والتى استخدمت لوصف بلورات ثانى أكسيد السليكون الشفافة )معظمها بلورات كوارتز( والتى كان يعتقد أنها ماء متجمد نتيجة البرد الشديد . ويجدر اإلشارة إلى نقطتين ، حيث وال تحدث هذه التغيرات بصورة عشوائية ، وإنما طبقا لقواعد معينة . أما النقطة الثانية ، فإنها تتعلق بأن األوجه البلورية التى قد تكونت بصورة لكى نشير إلى جسم صلب منتظم هندسيا تحده أسطح مستوية ملساء . ويوصف الجسم الصلب المتبلر الذى تحده أسطح كاملة التكوين بأنه كامل األوجه أما إذا لم توجد أى أوجه فيوصف بعديم األوجه anhedral شكل 3-1 وتشتق تلك األوصاف من الكلمة اليونانية والسابقة اليونانية "eu "بمعنى والسابقة الالتينية وقد توجد المواد المتبلورة فى تجمعات دقيقة

تاريخ علم البلورات :
يعتبر علم البلورات crystallography أحد
أفرع علم المعادن mineralogy الحديثة ، إال أنه بعض
المراجع الحديثة تعتبره علما مستقال اليتناول المعادن
فقط، ولكن كل المواد المتبلورة . وعلم المعادن
mineralogy هو أحد فروع علم الجيولوجيا وهو العلم
الذي يهتم بدراسة المعادن التي تمثل المواد البنائية للقشرة
األرضية المتكونة طبيعيا ، والتي تشمل الصخور
باالضافة الي نواتج تحللها decay مثل الحصى والرمال
والتربة . ويعرف المعدن mineral بأنه " كل مادة
صلبة متجانسة لها تركيب كيميائي محدود definite ،
ولكن عموما غير ثابت fixed ، متبلورة )أي لها ترتيب
ذري داخلي منتظم( ، ويتكون عادة بواسطة عمليات
جيولوجية طبيعية غير عضوية " . وتتكون أيضا
النيازك والمواد المكونة لسطح القمر ، وهي أقل شيوعا ،
من المعادن . وتتكون بعض األحجار الكريمة من معادن
نادرة وتتبلور في بلورات جميلةوعالية التحمل ومختلفة
األحجام . ويبلغ عدد تلك المعادن حوالي 3000 معدنا ،
يمكن تمييزها عن بعضها البعض بخصائص مميزة تبدو
مباشرة من أنواع الذرات التي تحتويها تلك المعادن
باإلضافة إلى الترتيب الداخلي لتلك الذرات في المعادن .
وقد أثار شكل البلورات وجمالها االنتباه منذ قديم
األزل . حيث استخدمت كل حضارة ذات سمة مميزة
البلورات للزينة الشخصية حيث ازدهر فن قطع الحجارة
الكريمة والنقش عليها آلالف السنين. ولقد سجل العالم
اليونانى ثيوفراستوس Theophrastus( 372-287
ق.م( والعالم الرومانى بلينويوس Pliny( -23 79م(
صاحب موسوعة التاريخ الطبيعى ، المعادن التى
استخرجت من المناجم كأحجار كريمة وصبغات فى
الصهر الستخراج الفلزات . وبالرغم من أن بلينويوس قد
ذكر أن بلورات الكوارتز تتميز دائما بأن لها ست زوايا ،
إال أنه لم يقدم شرحا للترتيب المنتظم لألوجه البلورية .
الفصل األول
مقدمة
Introduction

2 اساسيات علم البلورات
وقد شهد مرور الحضارة الرومانية فى القرن
الخامس نهاية التفسيرات العلمية غير المتطورة ، كما أن
آالف السنوات التالية لها لم تقدم سوى القليل جدا لمفاهيم
الطبيعة. ولقد اختار كتاب القرون الوسطى معظم موادهم
من المصادر التقليدية ، وبصورة كبيرة من بلينيوس ، إال
أنها تضمنت وزينت بالسحر والصوفية المستمدة من
الغرب والشرق . ولم يكن يتم تقدير المعادن واألحجار
الكريمة فى العصور الوسطى لجمالها وندرتها فقط ولكن
بسبب االعتقاد فى قوى السحر فى تلك المعادن واألحجار
الكريمة . ولقد تم تقسيم المعادن فى مجموعات طبقا
للونها ، حيث تم وضع العديد من التصنيفات .
ولقد كان بداية تطور علم البلورات وعلم المعادن
وخروجهما من التخبط فى الخرافات عملــية بطـيئة .
وترجـع بدايـة تطـور علـم البلـورات فـى األسـاس إلـى
مـا نشــره أجـريقـوال Agricola.G( 1494 ـ 1555م(
مؤسس علم المعادن، بالرغم من أن عمله لم يتضمن
إشارات مباشرة للبلورات ، إال أن أجريقوال حاول للمرة
األولى تقديم تصنيف للمعادن على أساس خطوط عملية
حديثة ومهد الطريق لعمل هوى Hauy واآلخرين.
ولقد كان اإلسهام الحقيقى األول لعلم البلورات على يد
العالم الدنيمركى ستينو Steno.N عام 1669م. فلقد الحظ
ستينو أن الكوارتز يكون بلورات سداسية تختلف فى شكلها
الخارجى، ولكن عند عمل قطاعات فى نفس االتجاه فى
البلورات المختلفة ورسم الحدود الخارجية لتلك القطاعات ،
فإن الزوايا بين األوجه المتناظرة تكون ثابتة مهما اختلفت
بلورات الكوارتز فى الشكل أو الحجم ، ومن أى مكان جمعت
منه البلورات )شكل 1-1( . وقد استكمل العالم جيجليلمينى
Guglielmini( 1655 ـ 1710م( على ما قام به العالم ستينو
، وقد قدم العالم الفرنسى روم دى إسل Isle'I de Rome عام
1772 ما يعرف بقانون ثبات الزوايا بين الوجهية of Law
سيتم والذى constancy of interfacial Angles
إستقراضه الحقا وهو ينص على أن " قيمة الزوايا ثابتة بين
األوجه المتناظرة تكون واحدة فى كل بلورات المادة الواحدة
عندما يتم القياس عند درجة الحرارة نفسها ، وذلك مهما
اختلفت البلورات فى الحجم أو الشكل". ويحدث نفس الثبات فى
قيمة الزاوية أيضا عندما يتم القياس بين أحرف البلورة
المتناظرة .
)أ( )ب(
شكل 1-1 : ثبات الزوايا بين الوجهية angles interfacial
كما تظهره المقارنة بين بلورة كوارتز جيدة التكوين وعالية
التماثل )أ( ، وبلورة كوارتز مشوهة )ب( . وتظهر المقاطع
عبر اتجاه االستطالة تطابق الزوايا بين الوجهية ومقدارها
°120 في كال المقطعين بغض النظر عن الهيئة البلورية غير
المتماثلة في البلورة المشوهة )ب( .
After Klein, C. and Hurlbut, Jr., C. S., 1993, 21st ed.
Manual of mineralogy. John Wiley & Sons, Inc.,
New York.
وقد بدأ علم البلورات بعد تلك األعمال يأخذ
خطوات ثابتة . ففى عامى 1784 و1801م صاغ العالم
الفرنسى هوى Haüy .J.R( 1763-1822م( والملقب
بابي علم البلورات الرياضي نظريته عن تركيب
البلورات . وفى يوم ما ، فقد الحظ العالم هوى عند
فحصه لمجموعة من بلورات الكالسيت )3CaCO )ألحد
أصدقائه وسقوط أحد بلورات تلك المجموعة على
األرض ، أن الكسرات المنفصمة نتيجة السقوط كان
يحدها أوجه مستوية معينية الشكل . ولقد استنتج هوى
بعدما قام بكسر العديد من بلورات الكالسيت األخرى التى
لها أشكال خارجية مختلفة أن كل بلورات الكالسيت تتكون
نتيجة تكرار لوحدات تركيبية دقيقة لها شكل الكسرات
المنفصمة )شكل 2-1( ، وسمى هوى هذه الوحدات
الصغيرة المتماثلة فى الشكل والحجم "الجزيئات المدمجة
molecules integrant "حيث تحتفظ هذه الجزيئات
بكل الخواص الكيميائية والفيزيائية والهندسية للبلورات.
ولقد أوضح هوى أنه يمكن إنشاء أشكال مكعبة من
مكعبات دقيقة جدا تتجمع بانتظام مع بعضها البعض ، كما
أوضح إمكانية تكون أوجه ذات ميول مختلفة نتيجة حذف
الفصل األول : المقدمة Introduction 3
)أ(
أ( بلورة مثلثى األوجه
الثالث المدوو
scalenohedron كاملة
من معون الكالسيت
)عل اليسار( تكونت
نتيجة تراص العويو من
الكتل المنفصمة متناهية
الصغر بانتظام
)ب(
ب( مكعب من معون
الجالينا تكون أيضا
نتيجة تراكم كتل مكعبة
منفصمة متناهية الصغر
. ويوضح الشكل كيفية
تكون أحو أوجه شكل
ثمانى األوجه ،نتيجة
حذف الكتل المكونة
لذلك الركن.
شكل 2-1 : فكرة العالم هوي Haüy عن البنية البلورية الواخلية ف البلورات
After Sinkankas, J., 1966. Mineralogy: A first course., Van Nost Rein. Comp., New York
صفوف من الوحدات الصغيرة من الطبقات المتتابعة
بانتظام . ومن الطبيعى أن تكون األوجه المتكونة فوق
هذه الوحدات متدرجة . ولقد أرجع هوى األسطح
المستوية فى البلورات الحقيقية إلى أن الوحدات فى تلك
البلورات تكون ذات أبعاد متناهية الصغر وتكون األوجه
الجديدة المتكونة مسطحة ظاهريا. ولقد أوضحت
الدراسات الحديثة أن مفهوم هوى عن تركيب البلورات
من وحدات صلبة غير كاف ، إال أن صحة نظريته عن
وحدات تركيبية دقيقة جدا قد تم تأكيدها . ولقد كان
اكتشاف هوى جوهريا لعلم البلورات ، وتم اعتباره "أبو
علم البلورات" ، على الرغم من أن هناك أعماال سابقة
قدمت نظريات عن تركيب البلورات من وحدات دقيقة،
إال أنها كانت أعماال غير معروفة للكافة.
وقد اعتبر عمل العالم الفرنسي هوى قوة دافعة
للتطور المستمر لعلم البلورات خالل القرن التاسع عشر،
حينما أدى معرفة جهاز الجونيومتر goniometer
بنوعيه منقل التماس والمنقل العاكس لبصري )1-3(
و)2-3( إلى وصف شكل وتماثل البلورات الطبيعية
بصورة أكثر دقة .
ولقد جاء الحدث الهام التالى فى تطور علم
البلورات عام 1912م عندما تم اكتشاف طبيعة األشعة
السينية . عندما لوحظ أنه عند مرور األشعة السينية خالل
بلورة ما ، فإنها تتشتت بصورة منتظمة أى يحدث لها
حيود diffraction بمجرد مرورها فى بلورات المعادن
لتنتج صورا أو تسجيال لمنحنيات ، مما يثبت أن البلورات
لها تركيب داخلى هندسى منتظم .
4 اساسيات علم البلورات
ولقد قام عالم الفيزياء االنجليزي براج .H.W
Bragg وابنه Bragg .L.W بتأكيد األعمال السابقة
وتطويرها أثناء دراستهم لخصائص األشعة السينية
وفحص أطوالها الموجية ، حيث وجد أن األشعة السينية
أحادية اللون يتم حيودها بطبقات من الذرات فى التركيب
الداخلى للمادة المتبلورة . ولقد قاما بنشر نتائج عملهما : "
تحديد تركيب كلوريد الصوديوم." عام 1913م.
ولقد أدى اكتشاف حيود األشعة السينية إلى إمكانية
دراسة التركيب الداخلى للبلورات، كما أدى تطوير
وتحسين هذه الطريقة إلى تحديد التركيب الداخلى
للبلورات خالل القرن العشرين إلى أن أصبح علم
البلورات يضم ثالثة أقسام رئيسة :
1ـ علم البلورات التركيبى Structural
crystallography ويهتم بدراسة التماثل
والتركيب الداخلى ونمط توزيع الذرات والجزيئات
المكونة للمادة المتبلورة ، والتى تعتمد عليها كل
الخصائص األخرى .
2 ـ علم مورفولوجيا البلورات Morphological
crystallography ويدرس العالقات بين أوجه
البلورة التى تعكس التعبير الخارجى للتركيب الذرى
الداخلى للمادة المتبلورة
3 ـ علم بصـــريات البلـــــورات Optical
crystallography ويدرس تأثير المادة المتبلورة
على الضوء ، خاصة الضوء المستقطب
light polarized ، أى دراسة خصائصها
البصرية
ولقد استمر علم البلورات التركيبى فى التطور
نتيجة اكتشاف تقنيات حديثة وتم تطبيقه لمعرفة المزيد من
أفرع العلم ، كما أدى تطور المفاعل النووى إلى تقديم
مصدر للنيترونات ،وهى ذات أهمية فى علم البلورات .
فلقد وجد أن النيترونات وااللكترونات والجزيئات الذرية
األخرى يتم حيودها بصورة عامة باستخدام األشعة
السينية ، مما يؤدى إلى تقديم معلومات هامة عن التركيب
الداخلى للبلورات والتى تعجز األشعة السينية فى تقديمها.
وتهتم دراستنا الحالية فى هذا الكتاب ، بقسم واحد
من أقسام علم البلورات ، أال وهو علم مورفولوجيا
البلورات ، وهى دراسة لشكل البلورات التى تنمو بحرية
دون أى إعاقات لتكون أوجهها الطبيعية ، وذلك باإلضافة
إلى بعض اإلشارات الضرورية إلى التركيب الداخلى
للبلورات.
I - بعض التعريفات التمهيدية : الحالة المتبلورة ،
البلورة و درجة التبلور
Crystalline State, Crystal, Crystallinity
لقد تغيرت األفكار المتعلقة بطبيعة البلورات مع
الزمن ، كما أوضحت المقدمة السابقة. وفى البداية ، فإنه
من المهم تفهم ما هو المقصود بمصطلح الحالة المتبلورة
state crystalline ولكى نصف مادة أنها متبلورة ،
فمن الواضح أنها يجب أن تكون صلبة solid( وهناك
استثناء حيث يمكن تواجد بعض البلورات السائلة liquid
crystals إال أنها التهمنا فى دراستنا الحالية( . ومن
الواضح أن هناك بعض المواد الصلبة غير المتبلورة ،
فهناك مثال فرقا صغيرا جدا خارجيا بين قطعة من
الزجاج وقطعة من الكوارتز ، فكالهما يكون غير منتظم
فى الشكل ، عديما اللون ، ومن الشائع أن يظهرا مكسرا
محاريا . ومع ذلك ،فإن الكوارتز يكون متبلورا ، بينما
يكن الزجاج عديم التبلور ، حيث ال يمكن التفريق بينهما
بالعين المجردة ، ولكن يعتمد الفرق على حقيقة أن المادة
المتبلورة يكون لها تركيب كيميائى محدد ونظام ذرى
داخلى منتظم يمكن تحديده بواسطة األشعة السينية ، أو
الوسائل البصرية باستخدام المجهر )الميكروسكوب
المستقطب( أو بعض الخصائص الفيزيائية مثل المكسر
)االنفصام cleavage( وهو الخاصية التي بموجبها
ينفصم المعدن أو يتشقق بسهولة في تجاهات علي امتداد
أسطح متسويات معينة تعرف بمستويات االنفصام ( ،
بينما يتغير تركيب الغازات والسوائل والزجاج بدرجة
كبيرة ، وينقصها أى نظام منتظم لمكوناتها من الجزئيات.
وعندما يسمح لمادة صلبة متبلورة بالنمو بحيث ال
يعوقها أى شئ خارجي ، فمن الطبيعى أن يحدها أسطح
مستوية ، تسمى أوجه بلورية faces crystal ، ويكون
الفصل األول : المقدمة Introduction 5
ترتيب األوجه البلورية المنتظم تعبيرا عن التركيب
الداخلى المنتظم . ويكون النتيجة تكون بلورة crystal ،
والتى يمكن تعريفها بأنها " جسم صلب متجانس له
تركيب كيميائى محدد chemical definite
composition ونظام ذرى داخلى منتظم ممتد فى
األبعاد الثالثة ، ويحدها أوجه مستوية تكونت بصورة
طبيعية وال دخل لإلنسان في عملية نموها . وتشتق
كلمة crystal من الكلمة اليونانية القديمة "krystallos"
والتى استخدمت لوصف بلورات ثانى أكسيد السليكون
الشفافة )معظمها بلورات كوارتز( والتى كان يعتقد أنها
ماء متجمد نتيجة البرد الشديد . ولقد ساد هذا االعتقاد
على امتداد القرون الوسطى .
ويجدر اإلشارة إلى نقطتين ، األولى أنه ال يجب
الخلط بين تركيب كيميائى محدد أي متغير في مدى
محدود definite ، وتركيب كيميائي ثابت fixed ، حيث
أن تركيب العديد من البلورات يكون معقد وقد تحدث
تغيرات فى التركيب عندما تحل مثال ذرة محل أخرى فى
البناء الذرى الداخلى . وال تحدث هذه التغيرات بصورة
عشوائية ،وإنما طبقا لقواعد معينة . أما النقطة الثانية ،
فإنها تتعلق بأن األوجه البلورية التى قد تكونت بصورة
طبيعية . فاألحجار الكريمة المعروفة للكافة والتي تستخدم
عادة في الزينة ، تحدها أوجه مستوية لها ترتيب منتظم ،
ال ينطبق عليها تعريف " بلورة crystal "ألن موضع
وحجم األوجه قد يحدده صانع األحجار الكريمة . أما فى
البلورات الحقيقية ، فإن األوجه تتكون بصورة طبيعية
نتيجة عمليات نمو البلورة وال دخل لإلنسان فيها .
وسنستخدم أثناء دراستنا الحالية المصطلح العام
درجة التبلور crystallinity لإلشارة إلى الترتيب
المنتظم للذرات فى التركيب البلوري . ويستخدم عموما
المصطلح بلورة crystal بالمعنى التقليدى وبدون تعديل
لكى نشير إلى جسم صلب منتظم هندسيا تحده أسطح
مستوية ملساء . كما يستخدم أيضا مصطلح بلورة ليشير
بشكل عام إلى اكتمال التكوين .ويوصف الجسم الصلب
المتبلر الذى تحده أسطح كاملة التكوين بأنه كامل األوجه
euhedral وإذا لم يكتمل تكون جميع األوجه فيوصف
الجسم الصلب بناقص األوجه subhedral ، أما إذا لم
توجد أى أوجه فيوصف بعديم األوجه anhedral شكل
.3-1 وتشتق تلك األوصاف من الكلمة اليونانية
"hedron "بمعنى وجه ،والسابقة اليونانية "eu "بمعنى
"جيد"، و "an "بمعنى "بدون" ،والسابقة الالتينية
"sub "بمعنى )لحد ما(.
وقد توجد المواد المتبلورة فى تجمعات دقيقة
التحبب aggregates grained-fine اليمكن تحديد
طبيعتها المتبلورة ، أى درجة التبلور crystallinity ،
إال باستخدام المجهر )الميكروسكوب( المستقطب فقط.
وتوصف تلك المواد بأنها دقيقة التبلور
microcrystalline . أما إذا كانت التجمعات دقيقة
التبلور لدرجة ال يمكن التعرف عليها وتحديد طبيعتها
المتبلورة باستخدام المجهر العادى ، ولكن يلزم استخدام
تقنيات أخرى مثل حيود األشعة السينية ،فإن تلك المواد
توصف بأنها خفية التبلور cryptocrystalline
.وبالرغم أن معظم المواد سواء كانت طبيعية أو مصنعة
تكون متبلورة ، إال أن بعض المواد ينقصها الترتيب
الذرى الداخلى المنتظم وتوصف بأنها غير متبلورة
amorphous .وتوصف المواد الصلبة عديمة التبلور
المتواجدة طبيعيا باسم أشباه المعادن mineraloids .
)أ( )ب(
)جـ(
شكل :3-1 درجة إكتمال تكون األوجه التى تظهرها
البلورات. )أ( بلورات كاملة األوجه crystals euhedral
،)ب( بلورات ناقصة األوجه crystals subhedral ،
)جـ( بلورات عديمة األوجه crystals enhedral.
6 اساسيات علم البلورات
Crystallization التبلور - II
تتكون البلورات من السوائل solutioons أو
المصهورات melts أو األبخرة vapors ، حيث يكون
توزيع الذرات عشوائيا فى هذه الحاالت غير المنتظمة ،
ولكن مع تغير درجة الحرارة أو الضغط أوالتركيز ، فإن
الذرات قد تتعدل فى ترتيب منتظم مميز للحالة المتبلورة
)شكل 4-1(.
فإذا أخذنا مادة كلوريد الصوديوم المذابة فى الماء
كمثاال للتبلور من المحلول )شكل 5-1( ، وسمحنا للماء
أن يتبخر، فإن المحلول سوف يحتوى على أيونات

• الصوديوم Na

• والكلورين
  Cl التى يتزايد عددها فى
  وحدة الحجوم مع استمرار التبخير. وأخيرا وعندما تصل
  إلى النقطة التى ال يمكن للماء المتبقى أن يحتفظ بكل الملح
  فى المحلول ، فإن الملح الصلب يبدأ فى الترسيب . فإذا
  كان تبخر الماء بطئ جدا ، فإن أيونات الصوديوم
  والكلورين سوف تجمع نفسها لكى تكون بلورة أو القليل
  من البلورات ذات أشكال مميزة وغالبا فى اتجاه معين .
  أما إذا كان التبخر سريعا ، فإن العديد من مراكز التبلور
  تبدأ فى التكون ، ليتكون عادة العديد من البلورات
  الصغيرة العشوائية الترتيب.
  وتتكون البلورات أيضا من المحلول نتيجة انخفاض
  درجة الحرارة أو الضغط . ويذوب الملح فى الماء
  الساخن بصورة أكبر نسبيا slightly عنه فى الماء البارد
  . وإذا سمح لمحلول ساخن أن يبرد ، فإنه قد يصل إلى
  النقطة التى يصبح المحلول عندها مركزا بدرجة كافية
  تؤدى إلى تبلور الملح . وأيضا ، كلما كان الضغط أعلى
  كلما زادت كمية الملح المذابة فى المحلول . ولذلك ، فإن
  تخفيض الضغط على المحلول المشبع يؤدى إلى زيادة
  التشبع وتتكون البلورات. وعموما ، فإن البلورات قد
  تتكون من المحلول عند التبخير نتيجة وتخفيض درجة
  الحرارة أو تقليل الضغط.
  وتتشابه بصورة كبيرة طريقة تكون البلورات من
  مصهور melt ما بطريقة تكون البلورات من محلول .
  ويمثل تكوين بلورات الجليد crystals ice نتيجة تجمد
  الماء أكثر األمثلة شيوعا للتبلور نتيجة االنصهارfusion.
  فعندما تنخفض درجة الحرارة بصورة كافية ، فإن
  جزيئات الماء )O2H )والتى كانت حرة الحركة فى أى
  اتجاه فى الحالة السائلة تصبح ثابتة وترتب نفسها فى نظام
  محدد لكى تكون كتلة صلبة متبلورة . وبالرغم من أن
  تكون الصخور النارية من الصهارات magmas
  المنصهرة يكون أكثر تعقيدا ، إال أنه يشبه تجمد
  freezing الماء . ففى الصهارة نجد أن العديد من أيونات
  العناصر تكون فى حالة عدم اتحاد بالرغم من وجود
  بعض االرتباطات لأليونات أو المجموعات األيونية .
  ويكون نمو البلورات فى الصهارة أثناء التبريد فى
  اتجاهين متنافسين نتيجــــــة : )1( الذبذبات الحـــرارية
  شكل :4-1 شكل يوضع العالقات
  بين الذرات ، والجزيئات التي
  تتكون من العديد من الذرات ،
  الوحدة البنائية التي تتكون بدورها
  من العديد من الجزيئات ، تجمع
  من الوحدات البنائية cells unit
  التي تكون بلورات معدن ما
  الفصل األول : المقدمة Introduction 7
  vibrations thermal التى تميل وتعمل على أن تدمر
  نويات المعادن المحتمل تكونها ، و)2( قوى
  الجذب forces attractive التى تعمل على تجمع
  الذرات )و / أو األيونات( فى التراكيب البلورية .
  وعندما تنخفض درجة الحرارة فإن تأثير الذبذبات
  الحرارية األولى يميل للنقصان مما يتيح تأثر قوى الجذب
  أن يسود .
  وبالرغم أن التبلور من البخار vapor أقل شيوعا
  من التبلور من المحلول أو الصهير ، إال أن أساسيات
  التبلور تكون متماثلة جدا . فعندما يبرد البخار ، فإن
  الذرات والجزيئات المفككة ، تقترب من بعضها أكثر ،
  إلى أن تثبت نفسها فى النهاية فى مادة صلبة متبلورة .
  ومن األمثلة الشائعة لهذا النوع من التبلور ، هو تكون
  رقائق الثلج من الهواء المحمل ببخار الماء ، وكذلك تكون
  بلورات الكبريت عند قاعدة الدخانات fumaroles ،
  أو عند أعناق البراكين .
  1 - النمو البلورى : Growth Crystal
  إن أى شخص قام بجمع المعادن أو شاهد عرض
  للمعادن فى المتاحف ، أو فى خزانات عرض الجواهر
  يعرف الجمال األخاذ وجاذبية البلورات تامة التكوين .
  فمعظم هذه البلورات هى نتيجة الترسيب الكيميائى من
  محلول )أو من صهير melt )فى فراغ مفتوح ، مثل
  الفجوات vugs أو الكهوف cavities فى العروق
  المعدنية أو في بعض تكوينات الصخور.
  والسؤال الذى قد يتبادر إلى الذهن ، كيف تنمو
  بلورات كاملة األوجه من بلورات صغيرة إلى بلورات
  أكبر؟ ، بمعنى كيف أن الوحدات البنائية الكيميائية
  )الذرات أو األيونات أو التجمعات األيونية( قد اتحدت فى
  نمط بلورى جيد التنظيم .
  وسنناقش فى هذا الفصل باختصار بعض أساسيات
  النمو البلورى. وتمثل عملية تكون النويات nucleation
  أول مراحل النمو البلورى ، والتى تقتضي أن يبدأ النمو
  فقط بعد تكون نوية nucleus( أو بذرة بلورية seed
  crystal ). وفي معظم الحاالت ، تكون النويات nuclei
  هى النواتج األولية للترسيب )فى بيئة غنية بالماء( أو
  التبلور )كما فى حالة الصهير( . وتتكون النوية نتيجة
  تجمع األيونات المختلفة )فى المحلول أو الصهير( لتكوين
  نسق )نمط( تركيبى أولى منتظم لكتلة متبلورة صلبة .
  فعلى سبيل المثال ، فإن الظروف فى بحيرة ملح بها
  تبخر، قد تكون مناسبة للترسيب العشوائى لنويات كلوريد
  الصوديوم NaCl . ويعنى ذلك أن أيونات الصوديوم
  Na (


• ( والكلورين) Cl +
  ( فى ماء البحيرة تتحد مع بعضها
  و Cl + فى نظام مكعبى منتظم أليونات متبادلة من Na

كما يتطلب ذلك تركيب كلوريد الصوديوم )هاليتhalite،
شكككككل 1 - 5 : تمثيللللل تخطيطللللى لنويللللة كلوريللللد
الصللوديوم NaCl فللى بحيللرة مالحللة بهللا تبخللر .
وتتكلللون النويلللة nucleus ، كملللا هلللو موضلللح
و Cl + بالشلللللكل، ملللللن 125 أيلللللون ) Na

( معبلللللأة
بانتظلام. وسليتم إضلافة أيونلات إضلافية أخلرى فلى
ترتيلللب منلللتظم ، عللللى السلللطح الخلللارجى للنويلللة
المكعبة، مما يؤدى إلى نموها فى شكل بلورة أكبلر.
والمقياس المستخدم لقياس حجم األيونات هلو وحلدة
1Å = 10 ( angstrom unit االنجستروم -8
.) cm
وتحتلوى بللورة كلوريلد الصلوديوم NaCl المكعبلة
والتلى يبللغ طولهلا 1 سلم عللى امتلداد كلل حلرف ،
أيون أو ذرة تقريبا. 23 على 10
After Klein, C. and Hurlbut, Jr., C. S.,
1993, 21st ed., Manual of mineralogy. John
Wiley & Sons, Inc., New York.
8 اساسيات علم البلورات
أو الملح الصخرى salt rock )، انظر شكل )5-1(.
ويسبق عموما تكون بلورة واحدة من الهاليت ، تكون
عشوائى ألعداد كبيرة من النويات الممكنة .وقد ال يحدث
المزيد من النمو البلورى لمعظم النويات بسبب أن هناك

• ميال فى المحلول المشبع )المشبع بأيونات Na
  ,Cl-
  ( ألن
  تعود النويات إلى المحلول )أى تذوب ثانية( . ويرجع
  السبب فى ذلك إلى أن تلك البدايات الصغيرة جدا من
  التركيب المنتظم يكون لها مساحة سطحية كبيرة جدا
  بالنسبة إلى الحجم الكلى . ويقتضي وجود مساحة سطحية
  area surface كبيرة أن يكون هناك العديد من الذرات
  على السطح الخارجى للبلورة حيث تكون روابطها
  الكيميائية غير مشبعة )شكل 5-1(. وتكون مثل هذه
  البلورة )أو حبيبية المعدن( لها مساحة سطحية كبيرة
  وبالتالى أكثر ذوبانا عن بلورة )أو حبيبة معدن( كبيرة
  الحكم ، حيث تكون معظم الذرات المكونة لها داخلية ولها
  روابط كيميائية مشبعة تماما .
  فإذا كان على نواة ما أن تبقى ، فإنه يجب أن تنمو
  بسرعة كافية كى تقلل من الطاقة السطحية surface
  energy( نسبة مساحة السطح إلى الحجم( ، وبالتالى
  تقلل من قابليتها للذوبان . فإذا وصلت نوية إلى الحجم
  الحرج size critical خالل الترسيب السريع لطبقات
  أخرى من األيونات ، فإن فرصتها فى البقاء كبلورة أكبر
  تكون عالية . وتشمل الصورة النموذجية للنمو البلورى
  كبر حجم النواة نتيجة لإلضافة الخارجية المنتظمة
  أليونات إضافية إلى أسطحها الخارجية )شكل 5-1( .
  ونحن نعلم االن إن هذه العملية هى صورة بسيطة جدا ،
  حيث أن السطح الخارجى الصلد للنواة )أو البلورة(
  المالمس لمحلول مشبع يمثل سطحا لروابط كيميائية غير
  مشبعة )شكل -6-1أ(. وتنخفض طاقة هذا السطح عندما
  ترتبط ذرة بهذا السطح ، حيث تعتمد الطاقة المنطلقة
  بواسطة هذا االرتباط attachment على المكان الذى
  يحدث به مثل هذا اإلرتباط واالتصال . فعلى سبيل
  المثال، فإن موقع الدرجة step على سطح البلورة )شكل
  -1 6 ب( هو المكان الذى يفقد الطاقة خالل االرتباط
  بأيونات إضافية . ويرجع السبب إلى أن البلورات ذات
  الرابطة األيونية ، كما هو الوضع فى الهاليت )NaCl )،
  تكون طاقة االرتباط اكبر ما يمكن عند األركان
  corners، ومتوسطة عند الحواف edges وأقل ما يمكن
  فى منتصف األوجه. ويؤدى عادة االرتباط األكبر للذرات
  عند أركان البلورات األيونية إلى النمو السريع فى هذه
  االتجاهات . وفى بعض أنواع البلورات التى تختلف عن
  NaCl بسبب االرتباط غير األيونى ، فإنه يعتقد أن
  الذرات تضاف على السطح الخارجى كمجموعات من
  الذرات . وتمد تلك التجمعات والتى تظهر فى )شكل6-1
  جـ( على هيئة كتل تمد السطح الخارجى بدرجات يمكن
  أن يتكون على امتدادها طبقة خارجية جديدة من البلورة .
  )ب( )أ(
  )جـ(
  شكل 6-1 :)أ( قطاع خالل ركن لبلورة كلوريد الصوديوم
  NaCl توضح أيونات مرتبطة بصورة جيدة ، معبئة بإحكام
  فى الجزء الداخلى للبلورة ، وروابط كيميائية غير مشبعة عند
  األسطح الخارجية للبلورة ويمثل الرمز ~ روابط كيميائية
  غير مشبعة ، والرمز = روابط كيميائية مشبعة . )ب( سطح
  بلــــورة يظــهر درجــة step اليمكـــن رؤيتـها بالمجـــهر
  )الميكروسكوب( العادى .ويؤدى ارتباط األيونات عند موقع
  الدرجة إلى انخفاض طاقة سطح البلورة. وهذه الطاقة السطحية
  energy surface للبلورة هى النتيجة التراكمية للروابط غير
  المشبعة . )جـ( تجمعات للذرات اليمكن رؤيتها بالمجهر
  )الميكروسكوب( العادى ، تبدو على هيئة كتل متصلة باألسطح
  الخارجية الثالثة للبلورة . وتؤدى هذه الكتل الي تكون درجات
  تعمل على ارتباط طبقات جديدة من األيونات على األسطح
  الخارجية للبلورة.
  After Klein, C. and Hurlbut, Jr., C. S., 1993, 21st
  ed., Manual of mineralogy. John Wiley & Sons,
  Inc., New York.
  الفصل األول : المقدمة Introduction 9
  .2 نمو األوجه البلورية
  Development of Crystal Faces
  لقد أوضحت العديد من الدراسات أن الشكل النهائي
  للبلورة يكون دائما مرتبطا هندسيا بشكل أصغر وحدة
  بنائية للبلورة والتي تتكرر في األبعاد الثالثة ، مما يعني
  أن أوجه البلورة ال تنمو أينما تشاء ، ولكنها تنمو فقط في
  إتجاهات محددة تشتمل علي كثافة عالية من نقاط الشبيكة
  points lattice( شكل .7-1أ( . كما تكون لتلك األوجه
  عالقة محددة مع بعضها البعض ، فيما يعرف بإسم قانون
  ثبات الزوايا بين الوجهية constancyf of law
  anales interfacial( شكل 1.1( والذي تم مناقشته
  سابقا في هذا الفصل.
  ولقد أوضحت دراسات النمو البلوري في العديد من
  المعادن أن ألوجه البلورة المختلفة قد تنمو بمعدالت نمو
  rates growth متفاوتة حيث يسود بعض أوجه
  األشكال البلورية في مراحل التبلور األولي ، بينما يسود
  بعضها اآلخر في المراحل الالحقة من التبلور ، ويكون
  الشكل النهائي للبلورة عكس المتوقع . فاألوجه التي تنمو
  أسرع هي األوجه التي تختفي في آخر األمر ، حيث
  يكون للبلورة في النهاية شكال مختلفا وعددا أقل من
  األوجه عن ما بدأت به البلورة خالل نموها )شكل .7-1
  ب( .
  وفي هذه المقدمة المختصرة عن النمو البلورى ،
  فإننا نفترض أن إضافة األيونات أو الذرات أو تجمعات
  من الذرات إلى السطح الخارجى للبلورة يحدث فى نمط
  أو نسق منتظم ومستمر . ومن المعروف اآلن ، أن عملية
  النمو البلورية ليست عموما بهذه الطريقة البسيطة . ففى
  الحقيقة، نجد أن أوجه البلورات الطبيعية والصناعية قد
  تحتوى عموما على عيوب )شائبات(imperfections ،
  وهى التى سيتم استعراضها فيما بعد في نهاية الفصل
  األول