بنية بلورية

فيعلم المعادنوعلم البلوراتيطلق مصطلحالبنية البلوريةعلى الترتيب الفريدللذراتفيالبلورة.تتكون البنية البلورية من مجموعة من الذرات مرتبة بطريقة معينة في الشبكة البلورية. من الممكن تخيل وحدات البنية البلورية على أنها مجموعات من الذرات على شكل صناديق صغيرة تدعى الخلايا (وحدة خلية)، وبتكرار هذه الخلايا في الفضاء الثلاثي الأبعاد تتشكل البلورة العينية.
من أهم خصائص البلورة هو طول أضلاع الخلية، تسمى c ، b ، a والزوايا بين أضلاع الخلية وتسمى ألفا، بيتا، غاما. وتلك الستة إحداثيات تسمى إحداثياتالشبكة البلورية. تلعب البنية البلورية دوراً هاماً في تحديد خصائص البلورة مثل قابليتها على الانشقاق (الانفلاق البلوري)،التوصيل الكهربائي،نطاق الطاقة،وخصائص بصريةوخصائصمغناطيسية.
تبدأ دراسة بناء المعدن من المستوىالذري. فإذا كانت المادة معدن النحاس النقي، كان توزيع ذرات النحاس فيشبكة تبلور برافيهسهلا، نظرا لتماثل جميع الذرات المكونة للبلورة. وإذا كان تركيب البلورة من مادتين مثلملح الطعامفنحن نعرف أن ملح الطعام يتكون منكلوريد الصوديومأي من أيوناتالكلوروأيوناتالصوديوم. ومن دراسة تركيب ملح الطعام عرفنا أن تركيبه يتخذ نظام المكعب. أي أنه يكوّن وحدات خلايا متساوية الأضلاع وتبلغ الزوايا بين الأضلاع 90 درجة.
ويبين الشكل توزيع أيونات الصوديوم (أحمر)، وتوزيع أيوناتالكلور(أخضر) في البلورة العيانية (الكبيرة). فنرى من اليمين إلى اليسار أيونان للكلور يتبعه أيونان للصوديوم ثم يتبعه أيونا للكلور.. وهكذا.
وإذا نظرنا إلى تتابع الأيونات من الأمام إلى الخلف وجدنا أيضا أن أيون الكلور يتبعه أيون للصوديوم ثم يتبعه أيون للكلور.. وهكذا.
وإذا نظرنا إلى توزيع الأيونات من أسفل إلى أعلى وجدنا الحال لا يختلف.
أي أن ذرات المادة (أو أيوناتها) تترتب وفق نمط منتظم متكرر، ويمكن تقسيمها إلى أصغر خلية وهيوحدة خليةوتحمل وحدة الخلية جميع الصفات الهندسية للبلورة الكبيرة.
وبفحص بلورات المعادن المختلفة وجدنا 7 أنظمة بلورية وأربع عشرة شبكة بلورية تقدم وصفاً لمواقع الذرات والاتجاهات البلورية والمستويات البلورية.
تنحصر البنية البلورية لمعظم المعادن في واحدة من ثلاثة أنواع بسيطة على الأغلب. تبدي المركبات السيراميكية ذات التركيب الكيميائي الواسع بناءات متعددة منها البسيط ومنها المعقد، ولكن معظمها (مثل السيليكات) معقدة البنية.
الدراسات التي تقوم بتعيين البناء البلوري للأملاح والمعادن تعتمد على طرق القياس الآتية:
كما يمكن تعيين البناء البلوري المغناطيسي بواسطةحيود النيوترونات.
توجدالمادة الصلبة في إحدى من ثلاثة تصنيفات بالنسبة إلى بنيتها البلورية، هي:
وتفصيل تلك التصنيفات كالآتي:
بلورة أحادية(بالإنجليزية:single crystal) هي مادة صلبة تتميز بامتدادالشبكة البلوريةفيها من أولها إلى آخرها مكونة بلورة كبيرة منتظمة. وتتكون البلورة الأحادية مثلا عن طريق تغطيسبلورةصغيرة فيمحلول مشبعبمادة البلورة، وتكون البلورة الصغيرة بمثابة بذرة تتراص عليهاالذراتأوالجزيئات، وتأخذ كلذرةمن ذرات المذاب موضعها بالضبط فيالشبكة البلوريةوبذلك تنمو البذرة إلىبلورة أحاديةكبيرة.
الحبيبات البلوريةهي مواد مكونة من حبيبات بلورية كثيرة لها أحجام مختلفة وعشوائية التوزيع. يمكن عن طريق ضبط عمليةالتبلورالتوصل إلى تقليل عشوائية التوزيع بحيث تنتظم البنية البلورية ونحصل على ما يسمىبلورة أحادية.
وتعتبر معظمالمعادنوخزفموادامتعدد البلورات، وكثيرا ماتسمى البلورات الأحادية الصغيرة فيهابالحبيبات. ويمكن تصور كثيرة البلورات عند طحن بلورة أحادية، فكومة المسحوق تشكل مادة متعدد البلورات.
المادة اللابلوريةهي مادة صلبة لا تتوزع فيها الذرات توزيع منتظما على نطاق بعيد، ويكون توزيع الذرات فيها عشوائيا، بمعنى أن توزيع الذرات فيها لا يتبع أي نظام منالأنظمة البلورية. وقد تتسم ببعض النظام على النطاق القصير (حيز 10 - 20ذرة)، ولهاذا تسمى جوامد لابلورية. مثال على ذلك بنية الزجاج والبوليسترين وكذلك الحلوى. تتصف الجوامد ذات نظام بلوري على النطاق البعيد (أي نظام واحد يشمل البلورة من أولها إلى أخرها)بالبلورات.
تتكونالشبكات البلوريةفيالأحجار الكريمةمن سبعة أنواع متشابه شكلا ولكنها مختلفة مضمونا كما جاءت في كتاب الأحجار الكريمة وتم تقسيمها علميا بحسب المحاور والزوايا ما بين تلك المحاور عند تقاطعها، وهذه النظم تحتوي على محاور ثلاثية بترتيبهندسيمعين يعطي كل نظام شكله وخصائصهالفيزيائية، ويسمى العلم الذي يبحث في النظم الكرستالية باسمعلم البلورياتويطلق علية أحيانا اسمالعائلة الكرستاليةأوالنظام الشبكي الكرستالي، والنظم الفراغية وتاتي تعريفات الخصائصية للنظام الكرستالي منالتناظرالمتأصل الذي يعني وتحت ظروف معينة يبقى النظام الكرستالي الشبكي على وضعه العام دون تغير. وكما هي مصورة اسفل هذه المقالة وهي كما يلي:
برهن عالم البلورات الفرنسي برافي أنه يوجد 14 نوع من الشبكات البلورية مهما كانت أطوال الأشعة الأولية للبلورة والزوايا المحصورة بينهم،
تصنف ال14 نوعاً في 7 أصناف أو أنظمة رئيسية هي:
ثلاثية الميل، أحادية الميل، معينية، رباعية، مكعبية، ثلاثية متساوية الأحرف، وسداسية.