تعريف التبلور
التبلور هو عملية موجهة من خلال حجم وأشكال الجزيئات المعنية، وخصائصها الكيميائية، ويمكن تشكيل البلورات من نوع واحد من الذرة، أو أنواع مختلفة من الأيونات أو حتى جزيئات كبيرة مثل البروتينات، وتواجه بعض الجزيئات الكبيرة وقتا أكثر صعوبة في عملية التبلور، لأن كيمياءها الداخلية ليست متماثلة جدا أو تتفاعل مع نفسها لتجنب التبلور، وأصغر وحدة من البلورة تسمى خلية الوحدة، وهذا هو التكوين الأساسي للذرات أو الجزيئات التي يمكن تركيب وحدات إضافية عليها، ويمكنك أن تفكر في هذا باعتباره لبنة بناء الأطفال والتي يمكن إرفاق كتل أخرى بها، وتستمر عملية التبلور كما لو كنت تعلق هذه الكتل في جميع الاتجاهات، وبعض المواد تشكل بلورات مختلفة الشكل، والتي تمثل الاختلاف الكبير في الشكل والحجم واللون لمختلف البلورات .
عملية التبلورالتنوي
الخطوة الأولى في عملية التبلور هي النواة، وتصبح الذرات الأولى في الكتلة التي تشكل بنية بلورية مركزا، وتنظم المزيد من الذرات حول هذه النواة، وعندما يحدث هذا تتجمع خلايا أكثر حول النواة، وتتشكل بلورة صغيرة من البذور، وعملية النواة مهمة للغاية في التبلور حيث أن نواة البلورة ستحدد بنية البلورة بأكملها، ويمكن أن تؤدي العيوب في النواة وكريستال البذور إلى إعادة ترتيب جذرية مع استمرار البلورة في التكون، ويحدث النواة في سائل فائق البرودة أو مذيب فائق التشبع .
والسائل الفائق التبريد هو أي سائل على وشك أن يصبح صلبا، ولكي يحدث ذلك يجب أن تتشكل النواة الأولية حول هذه النواة وستستمر عملية التبلور في سائل التبريد، وسوف تتشكل النواة عندما لا تعود الذرات أو الجزيئات تمتلك الطاقة الحركية لترتد من بعضها البعض، وبدلا من ذلك يبدأون في التفاعل مع بعضهم البعض ويشكلون تكوينات بلورية مستقرة، وتشكل العناصر النقية عادة بنية بلورية، بينما قد يكون من الصعب بلورة الجزيئات الكبيرة في درجات الحرارة والضغوط الطبيعية، وفي محلول فائق التشبع يكون المذيب الذي يحمل البلورة المطلوبة في السعة، وعندما تتغير درجة الحرارة أو تتغير درجة الحموضة، تتغير قابلية ذوبان الذرات أو الجزيئات في المحلول، ويمكن أن يحتفظ المذيب أقل منها، وعلى هذا النحو تصطدم ببعضها البعض، وهذا أيضا يسبب النواة وتبلور لاحق .
نمو البلورات
نظرا لأن الجزيئات والذرات الأخرى تحيط بالنواة، فإنها تتفرع من التماثل الذي تم إعداده بالفعل، مما يضيف إلى بلورة البذور، ويمكن أن تحدث هذه العملية بسرعة كبيرة أو ببطء شديد حسب الظروف، ويمكن أن تتبلور المياه إلى ثلج في غضون دقائق بينما يستغرق الأمر آلاف السنين لتشكيل بلورات جيولوجية “نموذجية” مثل الكوارتز والماس، ويحدد التكوين الأساسي الموجود حول النواة كامل بنية البلورة، وهذا الاختلاف في التكوين يفسر الاختلافات في البلورات من تفرد ندفة الثلج إلى وضوح الماس، ولا يوجد سوى عدد قليل من الأشكال الهندسية التي يمكن أن تتخذها البلورات، ويتم تحديدها بواسطة روابط وتفاعلات الجزيئات المعنية، وتنجم الأشكال المختلفة عن زوايا الرابطة المختلفة للذرات بناء على النواة الأصلية، والشوائب في المحلول أو المادة ستؤدي إلى التحويل من النمط النموذجي، كما شوهد في رقاقات الثلج حتى الشوائب الصغيرة في النواة تؤدي إلى تصاميم جديدة وفريدة تماما .
استخدامات المختبر في عملية التبلور
التبلور هو أسلوب مختبري شائع ومفيد، ويمكن استخدامه لتنقية المواد ويمكن دمجها مع تقنيات التصوير المتقدمة لفهم طبيعة المواد المتبلورة، وفي تبلور المختبر يمكن إذابة المادة إلى مذيب مناسب، والحرارة والتغيرات في الحموضة يمكن أن تساعد في إذابة المواد، وعندما يتم عكس هذه الشروط، فإن المواد الموجودة في المحلول تترسب بمعدلات مختلفة، وإذا تم التحكم في الظروف بشكل صحيح، يمكن الحصول على بلورات نقية من المادة المرغوبة، ويمكن تصوير تقنية التصوير المتقدمة التي تسمى البلورة أو الأشعة السينية أو الحزم والجزيئات الأخرى عالية الطاقة من خلال التركيب البلوري لمادة نقية .
وعلى الرغم من أن هذا لا يخلق صورة مرئية فإن الأشعة والجزيئات تنحرف في أنماط محددة، ويمكن الكشف عن هذه الأنماط بواسطة أجهزة كشف أو ورق إلكتروني خاص، ويمكن بعد ذلك تحليل النموذج بواسطة الرياضيات وأجهزة الكمبيوتر، ويمكن تشكيل نموذج للبلورة، ويتم إنشاء أنماط الحيود عندما يتم إعادة توجيه الجسيمات أو الحزم بواسطة السحب الإلكترونية الكثيفة داخل الهيكل البلوري، وتمثل هذه المناطق الكثيفة الذرات والسندات الموجودة في البلورة، والتي تشكلت أثناء التبلور باستخدام هذه الطريقة، ويمكن للعلماء التعرف على أي مادة تقريبا استنادا إلى شكلها البلوري .
أمثلة التبلور
قد تستغرق البلورات قدرا هائلا من الوقت لتشكيلها، أو يمكن أن تتشكل بسرعة، وتمكن العلماء من دراسة التبلور لأن هناك العديد من الأحداث في الطبيعة التي تحدث فيها التبلور بسرعة، كما إن الثلج مثال رائع على تبلور الماء، ومثال آخر مثير للاهتمام هو تبلور العسل، وعندما يعيد النحل عسل النحل إلى قرص العسل يكون سائلا، وبمرور الوقت تبدأ جزيئات السكر داخل العسل في تكوين بلورات، ومن خلال عملية التبلور المذكورة أعلاه إذا كان لديك زجاجة عسل قديمة فابحث في الداخل، من المحتمل أن يكون هناك بلورات صغيرة من السكر داخل السائل، وإذا كنت ترغب في تسريع العملية ضع العسل في الثلاجة، يقلل تبريد السائل من قابلية ذوبان السكر داخل السائل وسيشكل بلورات بسرعة