نظام بلوري مكعب

النظام البلوري المكعبفيعلم المعادنهو أحد أنظمة تبلور المعادن. وجد عمليا أن الأملاح والمعادن تتبلور طبقا لأحد 7 أنظمة للتبلور. منهاالنظام بلوري الثلاثيونظام بلوري الرباعيأونظام بلوري أحادي الميل، وأكثر تلك الأنظمة شيوعا وأبسطها هوالنظام البلوري المكعب.
توجد من النظام المكعب ثلاثة أنواع مختلفة ،وهيالمكعب البسيط، والمكعب مركزي الجسموالمكعب مركزي الوجه.
يتبلورالحديدطبقا لنظام المكعب مركزي الجسم، ويتبلورالنحاسطبقا لنظام المكعب مركزي الأوجة.
تساعدشبكة تبلور برافيهعلى دراسة التركيب بصفة عامة، ونستغلها هنا لدراسة الثلاثة أنظمة للمكعب:
يشغل المكعب البسيط ذرة على الشبكة البلورية ذات الثلاثة محاور: كل ركن من أركان المكعب الثمانية تشغلهاذرة، تكون مشتركة بين 8 مكعبات مجاورة، وعلى ذلك فكلوحدة خليةتشغلها ذرة واحدة (1/8 × 8).
بالنسبة إلىنظام المكعب مركزي الجسم(body-centered cubic (I نجد أن وسط الخلية تشغله ذرة إضافية ، وبذلك تكون وحدة خلية المكعب مركزي الجسم مشغولة بذرتين اثنتين (1/8 ×  8 + 1). من هذا النوع نجدالحديديتبلور على هذه الصورة .
أماالنحاسمثلا فهو يتبلور بهيكل آخر ، وهونظام المكعب مركزي الوجهface-centered cubic (F) : في ذلك المكعب تشغل ذرة كل وجه من الستة أوجه للمكعب ، وكل واحدة منها يتقاسمها مكعبان متجاوران، فيكون عدد الذرات الموجودة في وحدة الخلية للمكعب مركزي الوجه 3 ذرات من الأوجه بالإضافة إلى ذرة تشغل نقاط الشبكة (الأركان)، فيكون المجموع 4 ذرات للمكعب مركزي الوجه ((1/8 لكل ركن) × 8 أركان + (1/2 لكل وجه) × 6 أوجه).
النظام الرباعي المركزي :
فيالنظام الرباعي المركزي، تشغل ذرة وسط وحدة الخلية مع استطالة الاضلاع الرأسية للخلية . وهو يسمى الضلع c الذي يختلف طوله عن طول الضلع a.
من خواص التبلور يهم معدل شغل الخلية ، أي الاقتصادية في شغل فراغ الخلية بملئها بأكبر عدد ممكن من الذرات . ولا يمكن ذلك إلا بأخذ طبيعة الذرات من حيث الحجم واتجاهروابطها. ولكن لتبسيط الأمر يمكننا اعتبار أن الذرات في البناء البلوري متماثلة الحجم وأن كل منها كروي الشكل، وأن يكون نصف قطر كل منها كافيا لملامسة جاره، فيكون معامل شغل الخلية هو نسبة شغل فراغ الخلية بالذرات أو بتلك الكرات.
نجد في حالة المكعب البسيط ذو الضلعaأن نصف قطر الكرة يبلغ⁄2ويبلغ معامل شغل الخلية 0.524(وهذا معدل صغير). وإذا اعتبرناوحدة خليةالمكعب مركزي الجسم BCC lattice، نجد معدل شغل الخلية قد زاد إلى 0.680 . ويصل معدل شغل الخلية أقصاه في حالة المكعب مركزي الوجه FCC حيث يصل ذلك المعدل 0.740 . أي أن نظام المكعب مركزي الوجه هو نظريا أعلى معدل شغل لفراغ الخلية عند التبلور. كما يصل إلى نفس المعدل النظام البلوري السداسي ذو ذرة بوسطه hexagonal close packed وكذلك النظام الرباعي مركزي الجسم.
وطبقا للقاعدة أن ذرات المادة تتجاذب فيمكن توقع أن يشغلوا الخلايا إلى أقصى حد ممكن وأن تشكل الأنظمة ذات معدل عال لشغل فراغ الخلية هي الأغلبية. وهي الواقع هذا هو ما نجده عمليا. فنجد نظام المكعب البسيط نادرا في الطبيعة نظرا لعدم استغلاله لفراغ الخلية على الوجه الأمثل، ومثال على ذلك نجده في بلورةالبولونيوم. وعلى العكس نقابل النظامين مركزي الجسم ومركزي الوجه كثيرا في المعادن، فبالنسبة للمكعب مركزي الجسم نجد أمثلةالحديدوالكروموالتنجستنوالنيوبيوم. ويتمثل المكعب المركزي الوجه فيالرصاصونترات الرصاصوالألمونيوموالنحاسوالذهبوالفضة.
يمكن وصف المتجهات والمستويات المتماثلة للذرات في البلورة بواسطة ثلاثة قيم تسمى مؤشرات ميلر(ℓmn){\displaystyle (\ell mn)}. وتعني كل منlوmوnمؤشرات للاتجاهات الثلاثة المعتادة وهم متعامدين على بعضهم البعض.
وتعرف القيمة(ℓmn){\displaystyle (\ell mn)}أحد المستويات المقطعية في البلورة، فكل ثلاث نقاط تقاطعa1/ℓ{\displaystyle \mathbf {a} _{1}/\ell }وa2/m{\displaystyle \mathbf {a} _{2}/m}وa3/n{\displaystyle \mathbf {a} _{3}/n}, في البلورة أو مضاعفات لها تعبر عن مستوى معين في البلورة . أي أن مؤشرات ميلر تتناسب تناسبا طرديا مع معكوسات نقاط تقاطع مستوي معين مع متجهات أضلاع aوحدة الخلية. فإذا كانت إحدى مؤشرات ميلر = 0 ، فهذا يعني أن المستوي لا يتقاطع مع ذلك الضلع أو المحور ،أي يقابله في مالا نهاية.
وبالأخذ في الاعتبار المستويات(ℓmn){\displaystyle (\ell mn)}التي تقطع نقطة واحدة أو أكثر على الشبكة البلورية فقط، فيمكن حساب المسافة العموديةdالفاصلة بين مستويين من نفس النوع بواسطة العلاقة:
1. المستوي (001) :
لهذا يسمى المستوي الرمادي (001).
2. المستوي (111) :
لذلك فالمستوي المعني هو (111).
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.
متعددة البلورات(بالإنجليزية: Polycrystalline) هي مواد مكونة من حبيبات بلورية كثيرة لها أحجام مختلفة وعشوائية التوزيع. يمكن عن طريق ضبط عمليةالتبلورالتوصل إلى تقليل عشوائية التوزيع بحيث تنتظمالبنية البلوريةونحصل على ما يسمىبلورة أحادية.
وتعتبر معظمالمعادنوخزفمواداكثيرة البلورات، وكثيرا ماتسمى البلورات الأحادية الصغيرة فيهابالحبيبات. ويمكن تصور كثيرة البلورات عند طحن بلورة أحادية، فكومة المسحوق تشكل مادة كثيرة البلورات.