البناء البلوري للمعادن The Structure of Crystalline Solids

بسم الله الرحمن الرحيم


البناء البلوري للمعادن
The Structure of Crystalline Solids



الأجسام البلورية والأمورفية (غير المتبورة )
Crystalline and Amorphous Solids

تتكون جميح الأجسام من ذرات . وتسمي الأجسام التى يكون وضع الذرات فيها عشوائيا دون نظام معين بالأجسام الأمورفية (اي غير المتبلورة ) , ومن أمثلة هذه الأجسام الزجاج والشمع والقار. والمواد الأمورفية ذات البنيان الذي لا يتخذ اي شكل معين (أيزو تروبية) الخواص . اي أن خواصها الطبيعية في جميع الاتجاهات واحدة .

وعلى النقيض من ذلك نجد أن الذرات بالاجسام البلورية تنتظم فيما بينها في نظام دقيق محكم , وقد تختلف الخواص الطبيعية لهذه الاجسام اختلافا كبيرا فى الاتجاهات المختلفة , ويقال أن هذه الاجسام ذات خواص بلورية.

ومن الصفات المميزة للمعادن بريقها المميز , وعدم شفافيتها , وتوصيلها للكهرباء والحرارة .
و قد اعطى العلماء تعريفات عديدة للمعادن و من هذه التعريفات :
(المعادن هى اجسام لامعة يمكن طرقها) وهذه الصفات المميزة للمعادن عبارة عن انعكاس للبناء الذري و تحدد هذه الصفات المميزة للمعادن بخواص العناصر الداخلة بها وبأشكال تجمع الذرات بها في البناء الذري في المعادن .

و تكون جميع المعادن والسبائك المعدنية فى الحالة الصلبة مهما كانت طريقة استخلاصها أو تشغيلها ذات بناء بلوري بارز المعالم . وبما أن ذرات الأجسام البلورية عامة (وذرات المعادن على وجه الخصوص ) توجد فى مستويات واوضاع فراغية مضبوطة تماما لذا فهذه الذرات تكّون فيما بينها ما يعرف بالشبكة البلورية الفراغية.


1 . الشبكات البلورية للمعادن Crystal Structures

وضعت اساسيات و نظريات علم البلورات و بنائها في القرن التاسع عشر ,وقد أثبتت الدراسات المتتالية و التي اجريت في مطلع القرن العشرين والتي استخدمت فيها الأشعة السينية أن فرضية وجود الشبكات البلورية صحيح تمام الصحة .


أ. الشبكة المكعبية متمركزة (مركزية ) الحجم (الجسد) BBC (Body-Centered Cubic)

أكثر انواع الشبكات البلورية انتشارا في المعادن. وهي عبارة عن مكعب مركزي من تسع ذرات : ثمانية منها تقع في اركان المكعب , والتاسعة فى مركزه (داخل المكعب ) . وكثير من المعادن ذات شبكة مكعبة متمركزة الحجم , ومن أمثلة هذه المعادن : ~
الليثيوم والصوديوم و البوتاسيوم و الفاناديوم والكروم والحديد α والروبيديوم
والمولبدينوم والتنجستن وغيرها.
و تختلف متغيرات الشبكة (ضلع المكعب ) لكل معدن .

وفيما يلى اطوال ضلع المكعب بالأنجستروم (A') لبعض المعادن :

الليثيوم 3.5
البيريليوم 3.04
α الحديد 2.87
المولبدينوم 3.14
الكروم 2.89



ب‌.الشبكة المكعبية متمركزة الوجه FCC ( Face-Centered Cubic) :

و تتكون الوحدة الأولية لها من 14 ذرة : ثمانية منها فى أركان المكعب وستة ذرات منها فى مركز وجه كل من أوجه المكعب الستة .
و المعادن التالية ذات شبكت مكعبية متمركزة الوجه :
الالومنيوم و الكالسيوم و النحاس والكوبالت والبالاديوم والفضة والبلاتين والذهب والرصاص وفيما يلي طول ضلع المكعب بالانجستروم ('A) لبعضها :

الألومينيوم 05. 4
γ الحديد 3.63
الذهب 4.08
النحاس 3.6
الرصاص 4.94

جـ. الشبكة المسدسية Hexagonal Close-Packed) HCP)

وحدتها الأولية ليست مجرد منشور سداسي تقع الذرات فى اركانه الاثنى عشر, بل هي عبارة عما يسمى بالوحدة المسدسية المزدحمة التكديس (المكتظة ) , وفيها بالإضافة إلى الذرات الموجودة فن الأركان وفي مركزي القاعد تين المسدستين ثلاث ذرات اخرى بداخل الوحدة . وبالإضافة إلى متغيرات الشبكة البلورية يعتبر عدد الذرات الموجودة بالوحدة الأولية والمحيطة بكل ذرة من ذرات الشبكة البلورية من الخواص الهامة للشبكة.
ويسمى هذا العدد بعدد الترابط . وكلما زاد عدد الترابط كلما كانت الشبكة أكثر تكدسا (إكتظاظا) بالذرات. وعلى سبيل المثال للذرة بالوحدة الأولية المكعبية البسيطة ستة جارات تقع كلها على أبعاد متساوية عنها , اي أن عدد الترابط لهذه الوحدة 6. ودرجة امتلاء هذه الوحدة بالذرات (معامل التكدس ) تساوى 52ر0 اي أن 52% من فراغ هذه الشبكة تملؤه الذرات و 48% الباقية مسام (فراغ) .

و في الشبكة البلورية المكعبية متمركزة الحجم BCC لكل ذرة ثماني جارات قريبة , اي أن عدد الترابط يساوي 8 . ومعامل التكديس لهذه الشبكة 0.68 .

و في الشبكة البلورية المكعبية متمركزة الوجه FCC , والشبكة المسدسية المزدحمة التكديس تحيط بكل ذرة إثنا عشرة جارة قريبة , وعدد الترابط لهذه الشبكات 12 لكلتى الشبكتين ومعامل التكدس لكل منهما 0.74.

ومن الصفات الهامة للبنيان البلوري كذلك عدد الذرات التى تعد من نصيب كل وحدة أولية للشبكة .

وعلى سبيل المثال فكل ذرة من الذرات الموجودة بأركان المكعب في الشبكة المكعبية متمركزة الحجم BCC تحتسب كثمن 8/1 ذرة فى الوحدة الأولية وذلك ناشىء عن أن كل ذرة من هذه الذرات توجد فى آن واحد في ثمان وحدات اولية . و عدد مثل هذه الذرات يساوي 8 , إذآ فتحتسب جميح هذه الذرات فى الخلية بذرة واحدة
( 8x 8/1 = 1 ) .
أما الذرة الموجودة بالمركز فتحسب بجملتها في الوحدة الأولية , وبالتالي فنصيب الوحدة الأولية من الذرات
( 8X 8/1 + 1 = 2 ) ذرتان.


مثال اخر : في الشبكة المكعبية متمركزة الوجه FCC
نصيب الوحدة الاولية اربع ذرات : 8 ذرات على اركان المعكب نصيبهم ذرة واحده
( x 8 8/1 = 1 )
و ستة ذرات على الوجه نصيب كل واحد نصف ذرة فصبح المجموع ذرتين 3 .
( x6 2/1 = 3 )
فيصبح المجموع 4 ذرات .


يتبع...........................................

عدل بواسطة مهندس مواد و معادن في 26/6/2005 الساعة 15:35

الصورة المرفقة
هذه الصورة تم تصغيرها تلقائيا . إضغط على هذا الشريط هنا لعرض الصورة بكامل حجمها . أبعاد الصورة الأصلية 762x638 وحجمها 46 كيلو بايت .