علم البلورات والمعادن

جيولوجيا ( علم ) البلورات - Crystal

يدرس
هذا العلم وعلى وجه الخصوص البنية البلورية للمواد وتركيبها ، ويبحث في
فيزيائية تشكلها ضمن المواد والمعادن التي تشكلها تلك البلورات .
والبلورة
بالتعريف العلمي عبارة عن جسم متجانس، لها تركيب كيميائي، تكونت بفعل
عوامل طبيعية، تحت ظروف مناسبة من الضغط و درجة الحرارة، يحدها خارجيا اسطح
مستوية تسمى أوجه بلورية تعكس الترتيب الذري الداخلي المنتظم
أشكال البلورات
و تنقسم البلورة من حيث تشكل الاوجه الى :
1- بلورة عديمة الأوجه.
2- بلورة ناقصة الأوجه.
3- بلورة مكتملة الأوجه.
خواص البلورة:
1- الأوجه البلورية: الاسطح الخارجية المستوية التي تحدد شكل البلورة.
2- الأحرف البلورية: التقاء وجهين بلورين متجاورين.
3- الزوايا المجسمة: التقاء اكثر من وجهين بلورين .
4- الشكل البلوري : مجموعة من الاوجه البلورية المتساوية و المتشابهة في الشكل و الوضع و المساحة.
ويقسم الشكل البلوري الى:
1- شكل بلوري مقفول، حيث تتكون البلورة من شكل بلوري واحد يشغل بمفرده حيزا معينا من الفراغ.
2-
شكل بلوري مفتوح، حيث تتكون البلورة من عدة اشكال بلورية مركبة يسمى كل
واحد منها شكل بلوري مفتوح لأنه لا يتم لأي واحد منها منفردا ان تشغل حيز
معين من الفراغ.
تماثل البلورة
التماثل بالتعريف هي العملية التي
ينتج عنها أن تأخذ مجموعة من الأوجه المتشابهة نفس المكان الذي تشغله
إحداها إذا أديرت البلورة دورة كاملة. ويحدث التكرار لأي ظاهرة موجودة على
البلورة كالأحرف و الزوايا المجسمة.
عناصر تماثل البلورة:
1- مستوى التماثل: المستوى الذي يمر بمركز البلورة و يقسمها الى نصفين متساويين و متشابهين.
2-
محور التماثل : هو الخط الذي لو دارت البلورة حوله دورة كاملة و بدون
ازاحة لتكرر وضع البلورة عددا من المرات متخذا في كل مرة نفس المكان و
الوضع، ويحدد عدد تكرار الظاهرة درجة المحور(درجة التماثل)، و محاور
التماثل هي: ثنائية او ثلاثية او رباعية او سداسية فقط و هي وحدها القادرة
على التكرار في الفراغ دون ظهور الفراغات البينية.
3- مركز التماثل ( مركز البلورة): نقطة داخل البلورة، تتميز بانه لو تم التحرك منها في اتجاهين متضادين متساويين لوجدنا نفس الظاهرة.
المحاور البلورية
وهي الابعاد الداخلية للبلورة و يمكن اجازها كم يلي:
1- المحور الرأسي: من اعلى الى اسفل و يرمز له (ج ).
2- المحور الأفقي الجانبي: من اليمين الى اليسار و يرمز له (ب).
3- المحور الأفقي الأمامي: من الخلف الى الامام و يلرمز له (أ). وبعض البلورات تحوي ثلاثة محاور أفقية نرمز لها ( أ1)،( أ2) ،(أ3).
الزوايا البلورية
يرمز للزاوية بين المحورين أ و ب: α و يرمز للزاوية بين المحورين ب و ج : β ، و يرمز للزاوية بين المحورين أ و ج : γ .
الفصائل البلورية
وفقا
لدرجة التماثل وللابعاد النسبية فان البلورات تقسم الى النظم او الفصائل
التالية: المكعب، الرباعي، المعين القائم، آحادى الميل، ثلاثي الميل، سداسي
و ثلاثي .
يدرس هذا العلم وعلى وجه الخصوص البنية البلورية للمواد
وتركيبها ، ويبحث في فيزيائية تشكلها ضمن المواد والمعادن التي تشكلها تلك
البلورات .
والبلورة بالتعريف العلمي عبارة عن جسم متجانس، لها تركيب
كيميائي، تكونت بفعل عوامل طبيعية، تحت ظروف مناسبة من الضغط و درجة
الحرارة، يحدها خارجيا اسطح مستوية تسمى أوجه بلورية تعكس الترتيب الذري
الداخلي المنتظم
أشكال البلورات
و تنقسم البلورة من حيث تشكل الاوجه الى :
1- بلورة عديمة الأوجه.
2- بلورة ناقصة الأوجه.
3- بلورة مكتملة الأوجه.
خواص البلورة:
1- الأوجه البلورية: الاسطح الخارجية المستوية التي تحدد شكل البلورة.
2- الأحرف البلورية: التقاء وجهين بلورين متجاورين.
3- الزوايا المجسمة: التقاء اكثر من وجهين بلورين .
4- الشكل البلوري : مجموعة من الاوجه البلورية المتساوية و المتشابهة في الشكل و الوضع و المساحة.
ويقسم الشكل البلوري الى:
1- شكل بلوري مقفول، حيث تتكون البلورة من شكل بلوري واحد يشغل بمفرده حيزا معينا من الفراغ.
2-
شكل بلوري مفتوح، حيث تتكون البلورة من عدة اشكال بلورية مركبة يسمى كل
واحد منها شكل بلوري مفتوح لأنه لا يتم لأي واحد منها منفردا ان تشغل حيز
معين من الفراغ.
تماثل البلورة
التماثل بالتعريف هي العملية التي
ينتج عنها أن تأخذ مجموعة من الأوجه المتشابهة نفس المكان الذي تشغله
إحداها إذا أديرت البلورة دورة كاملة. ويحدث التكرار لأي ظاهرة موجودة على
البلورة كالأحرف و الزوايا المجسمة.
عناصر تماثل البلورة:
1- مستوى التماثل: المستوى الذي يمر بمركز البلورة و يقسمها الى نصفين متساويين و متشابهين.
2-
محور التماثل : هو الخط الذي لو دارت البلورة حوله دورة كاملة و بدون
ازاحة لتكرر وضع البلورة عددا من المرات متخذا في كل مرة نفس المكان و
الوضع، ويحدد عدد تكرار الظاهرة درجة المحور(درجة التماثل)، و محاور
التماثل هي: ثنائية او ثلاثية او رباعية او سداسية فقط و هي وحدها القادرة
على التكرار في الفراغ دون ظهور الفراغات البينية.
3- مركز التماثل ( مركز البلورة): نقطة داخل البلورة، تتميز بانه لو تم التحرك منها في اتجاهين متضادين متساويين لوجدنا نفس الظاهرة.
المحاور البلورية
وهي الابعاد الداخلية للبلورة و يمكن اجازها كم يلي:
1- المحور الرأسي: من اعلى الى اسفل و يرمز له (ج ).
2- المحور الأفقي الجانبي: من اليمين الى اليسار و يرمز له (ب).
3- المحور الأفقي الأمامي: من الخلف الى الامام و يلرمز له (أ). وبعض البلورات تحوي ثلاثة محاور أفقية نرمز لها ( أ1)،( أ2) ،(أ3).
الزوايا البلورية
يرمز للزاوية بين المحورين أ و ب: α و يرمز للزاوية بين المحورين ب و ج : β ، و يرمز للزاوية بين المحورين أ و ج : γ .
الفصائل البلورية
وفقا
لدرجة التماثل وللابعاد النسبية فان البلورات تقسم الى النظم او الفصائل
التالية: المكعب، الرباعي، المعين القائم، آحادى الميل، ثلاثي الميل، سداسي
و ثلاثي .
يدرس هذا العلم وعلى وجه الخصوص البنية البلورية للمواد
وتركيبها ، ويبحث في فيزيائية تشكلها ضمن المواد والمعادن التي تشكلها تلك
البلورات .
والبلورة بالتعريف العلمي عبارة عن جسم متجانس، لها تركيب
كيميائي، تكونت بفعل عوامل طبيعية، تحت ظروف مناسبة من الضغط و درجة
الحرارة، يحدها خارجيا اسطح مستوية تسمى أوجه بلورية تعكس الترتيب الذري
الداخلي المنتظم
الشبيكة البلورية هي نوع من التمثيل الرياضي لنمط ترتيب الوحدة الأساسية البنائية للمادة البلورية
و ينسب إلى عالم البلورات الفرنسي ( برافيه ) Bravais
تصنيف الشبيكات البلورية إلى أربع عشرة شبيكة موزعة على سبعة أنظمة بلورية يوضحها الشكل التالي

حيث a b c هي المحاور الأساسية لخلية الوحدة الفراغية
و هي الزوايا المقابلة لها
و
عدد شبيكات برافيه الأربع عشرة والنظم البلورية السبعة محدود بعدد الطرق
الممكنة لترتيب النقاط الشبيكية بحيث تكون البيئة المحيطة بأي نقطة منها
مماثلة تماماً للبيئة المحيطة بأي نقطة أخرى
وتكون( شبيكة برافيه ) بسيطة إذا كانت نقاطها عند الأركان فقط ويرمز لها بالرمز P
وعندما تشتمل على نقاط إضافية في مواقع خاصة فإنها تكون ممركزة الأوجة ويرمز لها بالرمز F
أو ممركز الجسم ويرمز له بالرمز I
أو ممركز القاعدة ويرمز له بالرمز C
وعلى هذا الأساس في حالة النظام البلوري التكعيبي توجد ثلاث شبيكات فراغية وهي:
شبيكة المكعب البسيط P
شبيكة المكعب متمركز الجسم I
شبيكة المكعب متمركز الأوجه F
المعادن
المعدن "Mineral": هو كل مادة صلبة متجانسة تكونت بفعل عوامل طبيعية غير عضوية وله تركيب كيميائي ثابت ونظام بلوري مميز.
البلورة "Crystal": هي جسم صلب متجانس ذو تركيب كيميائي محدد وتوزيع معين للذرات تحده اسطح مستوية طبيعية تسمى أوجه البلورة.
مركز التماثل"Center of Symmetry": تحتوي البلورة على مركز تماثل اذا قابل كل وجه بلوري وحه آخر مماثل له.
مستوى
التماثل "Plane of Symmetry": هو ذلك المستوى الذي يقسم البلورة الى قسمين
متماثلين تماماً بحيث يصبح كلاً منهما صورة مرآة للآخر بالنسبة لذلك
المستوى.
محور التماثل" Axis of Symmetry": هو عبارة عن الخط الذي يمر
بمركز البلورة الذي لو دارت حوله البلورة دورة كاملة سيتكرر ظهور الوجه او
الحرف مرتين او اكثر.
قانون التماثل: مجموعة من الرموز توضح عناصر التماثل.
المحاور البلورية" Crystallographic Axes": هي ثلاث او اربع خطوط تخيلية تستخدم لقياس ووصف الشكل البلوري.
الشكل البلوري "Crystal Form": هو مجموعة الاوجه البلورية المرتبطة بوجه ما بعناصر تماثل توع بلوري معين.
الشكل المفتوح " Open Form": هو الشكل الذي لاتقفل اوجهه في الفراغ بمفردها مثل المنشور.
الشكل المقفل " Closed Form": هو الشكل الذي تقفل اوجهه في الفراغ بمفردها مثل المكعب.

الصفات الطبيعية للمعادن:

اللون, البريق, الصلابة, الكثافة النوعية, التشقق, المخدش, المكسر, الطعم , الذوبان, المغناطيسية, الإشعاعية , الشكل البلوري,

المعادن
هي الوحدات الاساسية المكونة للصخر والمميزة له. حيث يمكن التعرف على
الصخر من خلال التعرف على المحتوى المعدني له. وغالباً ما توجد المعادن في
تجمعات معروفة. على سبيل المثال فان الصخور النارية التي تحتوي على
الكوارتز تحتوي ايضاً على الارثوكليز والموسكوفيت والبيوتيت والالبيت. اما
الصخور النارية التي تحتوي على الاوليفين تحتوي ايضاً على معادن مثل
البيروكسين والبلاجيوكليز الكلسي. خام النحاس يرتبط وجوده عادة بالصخور
النارية الحمضية. بينما معدن الكروميت لايتواجد الا مرتبطاً بالصخور
القاعدية او فوق القاعدية.
تشكل معادن الكوارتز والارثوكليز
والبلاجيوكليز والميكروكلين والموسكوفيت والبيوتيت والامفيبولات
والبيروكسيات والاوليفين مكونات شائعة للصخور النارية بجميع انواعها.
وبنفس
الطريقة فان معادن الكيانيت والاندلوسيت والكلوريت والجارنت هي معادن توجد
في الصخور المتحولة. وبما ان الصخور الرسوبية نشأت عن صخور اخرى فاننا
سنجد فيها خليطاً مختلفاً من المعادن تبعاً للصخر الاصلي.

المعادن المكونة للصخور

يوجد
في الطبيعة اكثر من 2000 معدن ولكن هناك عشرين معدناً شائعاً تكزن معظم
صخور القشرة الارضية ولهذا تسمى المعادن المكونة للصخور. ومعظم هذه المعادن
يتكون من ثمانية عناصر وتشكل ما يزيد عن 98% من القشرة الارضية . وتلك
العناصر الاساسية هي: الاكسجين, السليكون, الالومنيوم, الحديد, الكالسيوم,
الصوديوم, البوتاسيوم, الماغنسيوم.
تصنف المعادن في مجموعات معدنية والجدول التالي يبين التصنيف الشائع للمعادن:
المجموعة المعدن الاهمية الاقتصادية
السليكات الكوارتز انتاج الزجاج
الميكا
الكربونات كالسيت صناعة الاسمنت واغراض البناء
دولوميت الاسمنت واغراض البناء
مالاكيت خام النحاس
العناصر المنفردة الذهب, النحاس, الماس, الكبريت, الجرافيت
الكبريتيدات جالينا خام الرصاص
بايريت الذهب المستعار
سفاليريت خام الخارصين
انهايدريت يستعمل في البناء
كالكوبايريت النحاس
الاكاسيد هيماتيت خام الحديد
ماغنتيت خام الحديد
كوراندم يستعمل للصنفرة
الهاليدات هاليت ملح الطعام
فلوريت صناعة الصلب والمواد الكيميائية والخزف
الكبريتات الجبس في اعمال البناء
الفوسفات الاباتيت خام الفوسفات