تتكون عملية التبلور بشكل طبيعي عندما يتجمد المواد من الحالة السائلة، أو عندما تترسب من السائل أو الغاز، ويمكن أن يحدث ذلك نتيجة لتغير في الظروف الفيزيائية مثل درجة الحرارة أو تغير كيميائي مثل حدوث تغير في الحموضة .
تعريف التبلور
عملية التبلور هي عملية تشكيلية تتم من خلال توجيه حجم وأشكال الجزيئات وخصائصها الكيميائية. ويمكن تشكيل بلورات من نوع واحد من الذرة أو من أنواع مختلفة من الأيونات أو حتى جزيئات كبيرة مثل البروتينات. وتواجه بعض الجزيئات الكبيرة صعوبة في عملية التبلور، نظرا لعدم تماثل كيميائيتها الداخلية بشكل كاف أو لتفاعلها مع نفسها لتجنب التبلور. وأصغر وحدة في البلورة تسمى خلية الوحدة، وهي التكوين الأساسي للذرات أو الجزيئات التي يمكن تركيب وحدات إضافية عليها. ويمكن التفكير 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 التبلور
التنوي
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. يمكن حدوث 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 مثل الكوارتز والماس. يحدد التكوين الأساسي الموجود حول النواة كامل بنية البلورة، ويفسر الاختلاف 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، حيث تؤدي الشوائب الصغيرة في النواة 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 .
على 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، ومن ثم يمكن تحليل النموذج بواسطة الرياضيات وأجهزة الكمبيوتر، ويمكن تشكيل نموذج للبلورة. وتتمثل أنماط الحيود في المناطق الكثيفة داخل الهيكل البلوري حيث يتم إعادة توجيه الجسيمات أو الحزم بواسطة السحب الإلكترونية الكثيفة. وتمثل هذه المناطق 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 يستغرق تكوين البلورات وقتا طويلا أو يمكن أن يحدث بسرعة. يتمكن العلماء من دراسة عملية التبلور بسبب وجود العديد من الأحداث في الطبيعة التي تحدث فيها عملية التبلور بسرعة. مثال رائع على عملية تبلور الماء هو تشكل الثلج، ومثال آخر مثير للاهتمام هو تبلور العسل. عندما يعود النحل بالعسل إلى الخلية، يكون سائلا في البداية، ومع مرور الوقت، تبدأ جزيئات السكر في العسل في التجمع وتكوين بلورات. إذا كنت تملك زجاجة عسل قديمة، فقد تجد بلورات صغيرة من السكر داخل السائل. إذا كنت ترغب في تسريع هذه العملية، يمكنك وضع العسل في الثلاجة، حيث يقلل التبريد من قابلية ذوبان السكر في السائل ويسرع تكوين البلورات .