بلور شناسی

بلور چيست

  

مواد تشکیل دهنده بلورها چیست و چه عاملی آنها را بهم متصل می کند؟ بلور از اتم تشکیل شده است . ذرات اصلی تشکیل دهنده اتم ها پروتون، نوترون، و الکترون هستند. اتم ها بر اساس تعداد پروتون هایشان در جدول تناوبی مرتب می شوند.
لازم است نام و علائم مربوط به عناصر سازنده جواهر سنگ ها را بشناسید.عموماً عناصر یافت شده در جواهر سنگ ها به وفور در پوسته وجود دارند ( البته این در همه موارد صادق نیست

یون ها چگونه تشکیل می شوند؟ یون ها زمانی تشکیل می شوند که کاتیون از دست بدهند و الکترون بگیرند.کاتیون ها یون های با بار مثبت و آنیون ها یون هایی با بار منفی هستند.اتم ها در شبکه بلوری بوسیله پیوند های اتمی به یکدیگر متصل می شوند که مهمترین این پیوند ها پیوند های یونی و کوالانسی هستند.

این کانی ها چگونه گروه بندی می شوند؟بلور ها ابتدا بر اساس عناصر سازنده شان تقسیم بندی می شوند:
سیلیکات ها- کانی های غنی از سیلیکات

مثال: آمیتیست ( کوارتز) ، تورمالین و بریل
اکسید ها- دارای آنیون های اکسیژن (o)
مثال: کواراندیم (یاقوتی) ،روتیل
کربنات ها- دارای کربن و اکسیژن(c)
مثال: کلیست و اراگونیت(در مرواریدها)
فسفات ها-حاوی فسفر(p)
بورات ها- حاوی برم(B)
سولفید ها و سولفات ها- حاوی سولفور(S)
هالید ها-حاوی کلرین(cl)و دیگر عناصر گروه VIIaدر جدول تناوبی
زمانی به یک ساختار بلور گفته می شود که اتم ها و یون های تشکیل دهنده آن با نظم خاصی آرایش یابند.(برای مثال یک بلور دارای نظمی است که بر اساس آرایش 3بعدی اتم ها ایجاد شود.
به جواهر سنگ های فاقد شبکه بلوری آریخت گفته می شود.
بلور ها بوسیله آرایش اتم ها و گروهی از آن ها بر طبق یک الگوی منظم ، برای مثال در مرکز یک منشور مکعبی یا راست گوشه ایجاد می شود.
در بلور ها تعداد بار های مثبت می باید با بار های منفی برابر باشد .
برای مثال O و Alکه به صورت O Al ترکیب می شوند (2 آلومینیم به ازای 3اکسیژن)
نحوه آرایش کاتیون ها و آنیون ها چگونه است؟
در ساختار اتمی، آنیون ها به طور منظم در اطراف یک کاتیون مرکزی قرار گرفته اند که این نحو آرایش را چند وجهی همارایی می گویند.
چند وجهی هم آرا چگونه آرایش پیدا می کنند؟
بلور ها با اتصال چند وجهی هم آرا ایجاد می شوند.
مثال: چند وجهی سیلیکات با اشتراک اتم های اکسیژن بین دو چهار وجهی مجاور ایجاد می شود. با تغییر فشار و دما آرایش عناصر مشابه نیز تغیییر می کند.
واژه پلی مورف در مورد ساختار های بلوری متنوعی به کار می رود که ترکیب عناصری آن ها یکی باشد (آرایش این عناصر متنوع است )

تقارن و بلورها:
تمام کانی ها به یکی از 6سیستم بلوری تعلق دارند ( چنانچه ما سیستم رمبوهدرال و هگزانول را در یک گروه قرار بدهیم). این سیستم های بلوری بر اساس نحوه تقارن کانی ها تعیین می شوند.
مثال: کانی های بلوری اکسید و سیلیکات
کانی سیلیکاتی: سیلیکات ها ساختار هایی هستند با تعدادی سیلیس چهار وجهی مثلاً :یک چهار وجهی با یک سلیکات در مرکز که در اطراف آن 4آنیون اکسیژن قرا گرفته است.
کانی های اکسید:کانی های اکسید ساده از اکسیژن و فلزات تشکیل شده اند. مثلاً : کوراندیم O Al و هماتیت O Fe. این فلزات (آلومینیوم یاآهن ) همراه با آنیون های اکسیژن یک ساختار چند وجهی همارا را بوجود می آورند

 

كاني
كاني عنصر يا تركيبات شيميايي، طبيعي، جامد، همگن، متبلور با تركيبات شيميايي نسبتاً معين است كه سازنده اصلي سنگهاي پوسته جامد زمين مي‌باشد.اين مواد كه بر اساس قوانين خاصي متبلور مي‌گردند بر اساس خواص فيزيكي، سيستم‌تبلور، ماكل يا دوقلويي و خواص شيميايي خود قابل شناسايي و تشخيص هستند.اين مواد علاوه بر زيبايي ظاهري خود به دليل دارا بودن ارزش اقتصادي و علمي از ديرباز مورد توجه خاص انسان بوده‌اند. چرا كه بسياري از جواهرات، سنگهاي معدني و ......... در واقع كاني هستند.

منشاء كانيها

كانيها از نظر تشكيل به سه دسته تقسيم مي‌شوند.

1-     كانيهاي اوليه يا درون‌زاد كه خود مستقيماً تشكيل شده‌اند.

2-     كانيهاي ثانويه كه از تغيير و تبديل كانيهاي دسته اول به وجود آمده‌اند.

3-     كانيهاي دگرگوني كه از دگرگوني دو گروه ياد شده حاصل شده‌‌اند.

الف) كاني‌هاي اوليه يا درون‌زاد كه خود مستقيماً تشكيل شده‌اند: ماده اصلي تشكيل دهنده كانيهاي درون‌زاد به طور كلي در همه كانيها جسم سيال خميرمانندي به نام ماگما مي‌باشد. ماگما در محل تشكيل خود در داخل زمين به طرف بالا حركت مي‌كند. با توجه به نحوه تشكيل كانيهاي مختلف از ماگما مراحل ماگمايي را به چهار دسته اوليه، پگماتيتي، پنومانولتيك و گرمابي تقسيم مي‌كنند.
1-  مرحله ماگمايي اوليه : در اين مرحله كانيها مستقيماً از ماگما تشكيل مي‌شوند و كليه كانيهاي سيليكاته از اليوين تا كوارتر تشكيل مي‌‌شود.

2-  مرحله پگماتيتي : از ماگماي اوليه در اين مرحله جسم سيال و مذاب مانند باقي مانده است، كه حركت خود را به سمت بالا ادامه داده و شكستگي‌ها و فضاي خالي مخزن ماگما را پر مي‌كند. و كانيهاي جديدي متبلور مي‌شوند يكي از اختصاصات اين مرحله اين است كه عناصر در داخل كانيهاي تشكيل‌دهنده سنگها نفوذ مي‌كنند. از نظر درشتي بلورهاي پگماتيت مهم مي باشند و از ارزش اقتصادي بالايي برخوردار هستند.

3-  مرحله پنوماتولتيك يا مرحله گازي : پس از جدا شدن كانيهاي ماگمايي ونيز تشكيل پگماتيت‌ها، قسمت گازي ماگما جدا شده و به سمت بالا در اطراف مسير خود سنگها را تغيير مي‌دهد كه فرآيند دگرساني اتفاق مي‌افتد. كه اين مرحله هم در سنگهاي آذرين دروني و هم در سنگهاي آذرين بيروني در مجاورت سطح زمين انجام مي‌گيرد.

4- مرحله گرمابي : در اين مرحله تنها چيزي كه از ماگما باقي مانده است محلولهاي گرمابي، آبهاي داغ محتوي تعداد زيادي كاني مي باشد كه از آنها جدا شده و به حركت خود ادامه مي‌دهند. و به تدريج كه به سطح زمين نزديكتر مي‌شوند سرد شده و به خلل و فرج سنگها وارده شده و كانيها در آنجا رسوب مي‌كنند و به همين دليل كانيهاي متشكله از قبل تشكيل ممكن است تغييري در آنها ايجاد كنند كه باعث جانشيني بعضي كانيها با يكديگر مي‌شود.

ب) كانيهايي كه از تغييرو تبديل كانيهاي دسته اول به وجود ‌آمده‌اند: مي‌‌دانيم كه كانيهاي گروه اول در شرايط تحت فشار و درجه حرارت بالا تشكيل شده‌اند و اين كاني‌ها در سطح زمين پايدار نبوده و خرد و تجزيه شده تحت عوامل مختلف چون رودخانه و باد حمل مي‌شوند و در حوضه‌هاي رسوبي ته‌نشست كرده و سنگهاي رسوبي را مي‌سازند.

عواملي كه در تشكيل كانيهاي ثانويه نقش دارند عبارتند از :

1-  هوازدگي   2- فرآيندهاي رسوبي   3- فر آيندهاي حياتي

2-  فرآيندهاي رسوبي :

به سبب اشباع آبها از مواد محلول موجب ته‌نشين شدن مواد مي‌شود كه مثلاً ته‌نشين شدن نمك در درياچه اروميه از منشاء رسوبي تشكيل شده است و همچنين كانيهايي چون ژيپس و ايندريت كه به همين صورت ته‌نشين و تشكيل مي‌شوند.
3-  فرآيندهاي حياتي :

نقش حيوانات و گياهان در تشكيل مواد معدني بسيار مهم مي‌باشد و مواد اوليه تشكيل زغال‌سنگ و نفت‌ از موجودات زنده مي‌باشد. بعضي از پوسته آهكي يا سيليسي و همچنين صدف‌هاي موجودات پس از مرگشان كانيهاي سيليسي و كربناته را مي‌سازد.
ج) كانيهاي دگرگوني : در اثر گرما و فشار تغييراتي در مشخصات كانيها و سنگها ايجاد مي‌شود كه دگرگوني مي‌ناميم. كانيها در اثر دگرگوني ممكن است شكل بلورين خود را از دست بدهند و به شكل جديدي متبلور شوند و همچنين تغيير در تركيب شيميايي آنها هم اتفاق مي‌افتد.

 

تعريف بلور شناسي

بلور شناسي مدرن به آرايش ويژه اتم ها در مواد condense ، تغييرات ساختاري و همچنين خصوصيات فيزيكي ، شيميايي و تكنيكي جامدات مي پردازد. شاخه هاي مختلفي از بلور شناسي متكامل شده اند كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد

بلور شناسي هندسي ( تقارن)، شيمي ساختاري غير آلي ، بلور شناسي كانيايي، بلور شناسي زيستي ، رشد بلوري، فيزيك بلوري، فيزيك پراش

بلور شناسي در شاخه ها و علوم مختلف از جمله شيمي و فيزيك و كاني شناسي كاربرد دارد . كاربرد بلور شناسي در كاني شناسي و بطور كلي علوم زمين درك بهتر ساختار پوسته زمين و مانتل بالايي زمين ، ماه و متئوريت ها مي باشد .

ژئوشيمي از نتايج بلور شناسي براي درك بارومتر هاي حرارتي ، ايجاد مدل هايي براي ماه و سيارات و اخيرا" جهت درك محيط زيست استفاده مي كند .مينرالوژي كاربردي از متدهاي بلور شناسي براي پيشرفت مواد و روش هاي تكنيكي استفاده مي كند

بلور شناسی به سه بخش ( مبحث ) تقسیم می شود :

1) هندسی 2) فیزیکی 3) شیمیایی

بلور شناسی از علوم تجربی است که نحوه آرایش اتم ها را در مواد جامد مشخص می کند. در گذشته با استفاده از این علم به مطالعه بلور ها می پرداختند. تمام شیوه های بلور شناسی بر الگوهای پرانش استوار هستند که با تابش اشعه بر روی نمونه ایجاد می شود. این اشعه همیشه از نوع اشعه الکترو مغناطیسی نیست بلکه از اشعه های x نیز به طور متداول استفاده می شود.
بلور شناسان اغلب نوع پرانش را در یک شیوه مشخص می کنند مثلاً پرانش x-ray ، پرانش نوترونی و پرانش الکترونی. اشعهx برای تجسم ابر الکترونی اطراف اتم ها به کار می رود و پرانش نوترونی هسته های اتم ها را نشان می دهد در حالی که کاربرد پرانش الکترونی چندان وسیع نیست.

بلور شناسی تصویری از نحوه آرایش اتم ها را در یک کانی ایجاد می کند که برای این منظور متداولترین شیوه استفاده از لنز ها است مانند لنز هایی که برای دیدن نمونه های بسیار کوچک بکار می رود. اما طول موج اشعه میکروسکوپ با طول پیوندهای اتمی ونیز اندازه اتم ها مقایسه می شوند ،لذا نمی توان آنها را با تصاویر میکروسکوپ های الکترونی قدیمی و نوری تفکیک کرد. تفکیک پذیری تصاویر میکروسکوپی بستگی به ویژگیهای موادی دارد که برای متمرکز کردن طول موج ها مورد استفاده قرار می گیرند. عموماً در تصاویر پرانشی تنها طول موج هایی بکار می رود که بسیار کوتاه اند. بلور شناسی نوعی ابزار است که اغلب توسط دانشمندان مواد بکار می رود. در یک تک بلور، تاثیر نحوه آرایش بلوری اتم ها را از نظر ماکروسکوپی به آسانی می توان بررسی کرد زیرا شکل طبیعی بلورها نشانی از ساختار اتمی آنهاست. برخی ویژگیهای فیزیکی نیز به بلورشناسی کانی ها مربوط می شود برای مثال کانی های رسی ساختارهای کوچک و مسطح ایجاد می کنند که باعث می شوند رس ها به آسانی روی هم بلغزند. بلورشناسی اشعه x نخستین شیوه ای است که برای تعیین شکل پروتئین ها و دیگر ماکرو ملکول های بیوزستی بکار می روند( ساختار مارپیچی DNA ،برای مثال ، بوسیله پرانش اشعه x مشخص شده است). الگوهای پرانش بلورهای پروتئینی بسیار پیچیده هستند و آنالیز آنها نیاز به تکنیک های کامپیوتری پیشرفته دارند. سینکروترون ها به دلیل الگوهای کامل تری که ایجاد می کنند جزء منابع اشعه x به حساب می آیند.

 

انوع ساختار بلوري

نمايي از چند بلور

 


تصويري از ساختار

 يک بلور



 

 

 

 

انواع مختلف ساختارهای بلوری وجود دارند که چند مورد از ساختارهای بلوری ساده و مورد توجه همگانی عبارتند از:
•بلور مکعبی مرکز سطحی (fcc) :
در این حالت سلول یاخته بسیط ، لوزی رخ است. بردارهای انتقال بسیط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل می‌کنند.
•بلور مکعبی مرکز حجمی (bcc) :
در این حالت یاخته بسیط لوزی رخی است که هر ضلع آن برابر است و زاویه بین اضلاع مجاور است.
•بلور کلرید سدیم Nacl :
در این حالت پایه شامل یک اتم Na و یک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلی مکعب یکه از هم فاصله دارند.
•بلور کلرید سزیم CsCl :
در این حالت در هر یاخته بسیط یک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبی متشکل از اتمهای نوع مخالف قرار دارد.
•ساختار بلوری تنگ پکیده شش گوش (hcp) :
در این ساختار مکان‌های اتمی یک شبکه فضایی را بوجود نمی‌آورند. شبکه فضایی یک شش گوشی ساده است که به هر نقطه شبکه آن پایه‌ای با دو اتم یکسان مربوط می‌شود.
•ساختار الماسی :
در این حالت شبکه فضایی fcc است. این ساختار نتیجه پیوند کووالانسی راستایی است.
•ساختار مکعبی سولفید روی zns :
ساختار الماس را می‌توان به صورت دو ساختار fcc که نسبت به یکدیگر به اندازه یک چهارم قطر اصلی جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبی سولفید روی از قرار دادن اتمهای zn روی یک شبکه fcc و اتمهای S رویی شبکه fcc دیگر نتیجه می‌شود.
•ساختار شش گوشی سولفید روی ( و ورلستاین):
اگر فقط اتمهای همسایه اول را در نظر بگیرید، نمی‌توان بین دو حالت zns مکعبی و شش گوشی فرق گذاشت. اما اگر همسایه‌های دوم را در نظر بگیریم می‌توان این دو حالت را از هم تمییز داد.

 

سيستم هاي بلوري

   شرح سیستم های بلوری :
به طور کلی 6 سیستم تبلور وجود دارد که کانی ها ، در یکی از این سیستم ها ، متبلور می شوند . البته ممکن است حالت های متنوع تر از 6 حالت ذیل ، دیده شوند اما آنها ، تغییرات این 6 نوع سیستم اصلی محسوب می گردند .
هر سیستم بر اساس سه پارامتر اصلی ، مشخص می گردد :
1-  تعداد محورهای بلوری موجود در سیستم
2- طول آنها
3-  زاویه ای که تحت آنها ، این محورها یکدیگر را قطع می کنند
در بلور شناسی محورهای اصلی عبارتند از : A ، کوتاه ترین محور ، C ، بلندترین محور و محور B و در برخی حالت ها محور D .
- ایزومتریک Isometric :
اولین و ساده ترین سیستم ، سیستم هم بعد یا ایزومتریک یا کوبیک می باشد . این سیستم دارای سه محور می باشد که هر سه ، دارای طول یکسان بوده و تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند .

از جمله کانی هایی که دراین سیستم متبلور می گردند می توان :
گارنت ها ( Garnets ) فلوریت ( Fluorite )الماس ( Diamond ) طلا ( Gold )  پیریت ( Pyrite ) نقرهSilver
سادولیت ( Sadolite ) شالریت ( Shalerite ) اسپینل ( Spinel )  را نام برد .


- تتراگونال Tetragonal :
این سیستم نیز دارای سه محور بوده که هر سه تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند . تفاوت این سیستم با سیستم کوبیک در این می باشد که در سیستم تتراگونال ، محور C ، بلندتر از محورهای B , A که دارای طول های مساوی هم هستند ، می باشد .


ساختار تتراگونال


از کانی هایی که در سیستم تتراگونال متبلور می شوند:
آپوفیلیت ( Apophyllite ) ایدوکراز ( Idocrase ) روتیل ( Rutile ) اسکاپولیت ( Scapolite )
ولفنیت ( Wulfenite ) زیرکن ( Zircon )

- اورترومبیک Orthrhombic :
در این سیستم سه محور وجود دارد . هر سه تحت زاویه 90 درجه با هم برخورد می کنند اما هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند .


هر سه محور ، از نظر طول ، متفاوتند

از جمله کانی هایی که در سیستم اورترومبیک متبلور می شوند:
آندالوزیت ( Andalusite ) سلستیت ( Celestite )کریزوبریل ( Chrysoberyl ) کوردیریت ( Cordierite )
دنبوریت ( Danburite ) اپیدوت ( Epidote ) انستاتیت ( Enstatite ) همی مورفیت ( Hemimorphite )
سیلیمانیت ( Sillimanite ) هیپرستن ( Hypersthene )اولیوین ( Olivine ) سولفور ( Sulfur )
توپاز ( Topaz ) زوئیزیت ( Zoisite )

- مونوکلینیک Monoclinic :
در این سیستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند . دو محور ( محور A و محور C ) تحت زاویه 90 درجه یکدیگر را قطع می کنند اما محور B ، تحت زاویه متفاوت با آنها برخورد دارد .


در اين سيستم تبلور ، سه محور ، طول متفاوت دارند

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند:
آزوریت ( Azurite ) دیوپسید ( Diopside )تادئیت ( Tadeite ) مالاکیت ( Malachite )
فلدسپارهای ارتوکلاز ( Orthoclase Feldspare )استارولیت ( Staurolite ) اسفن ( Sphene )
اسپودومن ( Spodumene )


- تری کلینیک Triclinic :
در این سیستم تبلور نیز طول سه محور C , B , A متفاوت بوده و هیچیک تحت زاویه 90 درجه برخورد نمی کنند .


طول سه محور C , B , A متفاوت بوده است

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند :
کیانیت ( Kyanite ) لابرادوریت ( Labradorite )فلدسپارهای میکرولین ( Microline Feldspare )
فلدسپارهای پلاژیوکلاز ( Plagioclase Feldspare )رودنیت ( Rhodenite )


- هگزاگونال :
در این سیستم تبلور یک محور اضافی وجود دارد که وجه ششم بلور را تشکیل می دهد . سه محور دارای طول مساوی بوده و تحت زاویه 60 درجه یکدیگر را قطع می کنند . محور قائم یا محور C بر سه محور کوچکتر عمود می شود .
کانی شناسان گاهی این سیستم را به دو سیستم شامل : هگزاگونال و تریگونال تقسیم می کنند . این تقسیم بندی بر اساس شکل خارجی انها صورت می گیرد .


سه محور داراي طول مساوي بوده محور C بر سه محور کوچکتر عمود مي شود

از کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند می توان :
آپاتیت ( Apatite ) بریل ( Beryl )
را نام برد .


- تریگونال :
سیستم تریگونال در حقیقت یک زیر سیستم از سیستم هگزاگونال محسوب می گردد .

از جمله کانی هایی که در این سیستم متبلور می شوند:
انواع متفاوت کوارتز ( Quartz )
شامل : آگات ( Agate ) ، کلسدنی ( Chalcedony ) ، ژاسپر ( Jasper ) ، آمیتیست ( Amethyst ) و .....
کروندوم ( Corundum ) هماتیت ( Hematite )رودوکروزیت ( Rhodochrosite ) تورمالین ( Tourmaline )

بخش عمده ای از اطلاعات اساسی در مورد ساختمان های بلوری ، بر پایه پراش اشعه X استوار و مبتنی است .
مفهوم بلور نخستین بار توسط Wilhelm Roentgen در سال 1895 مطرح شد . اما علم بلور شناسی ساختاری ( structural crystallography ) تنها پس از شناخت اشعه X و به کار گیری این روش مطرح گردید . در این روش فاصله های اتمی در واحد نانومتر که معادل با 1×10-9 m می باشد ، بیان می شوند . گاهی نیز فواصل در واحد آنگستروم ( Å ) بیان می شوند که هر آنگستروم معادل 1×10-10 m می باشد .
لذا 1 آنگستروم معادل 1/0 نانومتر است .


اشعه X یک واژه ژنتیکی است که به منظور شرح تابش الکترومگنتیک با طول موج تقریباً بین 01/0 تا 10 نانومتر استفاده می شود . این طول موج کوتاه تر از طول امواج ماوراء بنفش و بلندتر از طول اشعه گاما می باشد . از طرفی فاصله بین اتم های مجاور در ساختمان بلوری به طور معمول حدود 3/0 نانومتر می باشد و طول موج اشعه X ، نزدیک به فاصله بین اتمی در بلورها می باشد
Max Vonlaue این مسأله را در سال 1912 مطرح نمود که یک نمونه بلوری می تواند سبب شکست اشعه X گردد و این مسأله را ثابت نمود . خیلی زود WL.Bragg یک تفسیر هندسی ساده به منظور اندازه گیری زاویه شکست با توجه به فواصل بین صفحه ای در ساختمان های بلوری ارائه نمود که به عنوان قانون براگ مطرح می گردد .

این قانون اساس آنالیز با استفاده از اشعه X محسوب می شود . در سال 1912 توسط براگ به صورت یک فرمول ارائه شد . در شکل زیر یک دستگاه پراش اشعه X ساده نشان داده شده است .


يک دستگاه پراش اشعه X ساده

 

در این دستگاه ، نمونه کریستال ، مورد بررسی قرار می گیرد . اما در بررسی نمونه های چند فازی به دلیل مشکل بودن بررسی نمونه متبلور از نمونه های پودر شده استفاده می گردد .
در شکل زیر یک دیفراکتومتر جهت آنالیزنمونه های پودر شده نشان داده شده است .

 



 

 

يک ديفراکتومتر جهت آناليزنمونه هاي پودر شده

 

 

 

 

نور پلاریزه :

بر طبق تئوری الکترومغناطیسی، نور معمولی در اجسام ایزوتروپ در تمام جهات عمود بر جهت انتشار نور نوسان می کند. نور پلاریزه یا قطبی در یک جهت خاص نوسان می کند. نورهای پلاریزه سه نوعند :

1- نور پلاریزه صفحه ای 2- نور پلاریزه دایره ای 3- نور پلاریزه بیضوی

مطالعه خواص نوری در تشخیص بلورها با استفاده از نور پلاریزه صفحه ای امکان پذیر لست. روش های تولید نور پلاریزه صفحه ای به شرح زیر است :

1- روش شکست مضاعف، منشور نیکول، 2- روش جذب دیفرانسیلی ، 3- روش انعکاس- قانون بروستر ، 4- روش الیاف مصنوعی

در اینجا فقط به شکست مضاعف اشاره می شود :

شکست مضاعف (Double Refraction) :

در اجسام ایزوتروپ نور معمولی در تمام جهات عمود بر جهت انتشار نوسان می کند، در صورتیکه نور پلاریزه یا قطبی در یک جهت خاص نوسان می کند. در اجسام ایزوتروپ هیچ نوع اختلاف ضرب شکستی مشاهده نمی شود؛ به همین دلیل در این کانی ها شکست مضاعف وجود ندارد. در کانی های امورف به دلیل عدم وجود سیستم تبلور شکست مضاعف نیز صورت نمی گیرد. نور معمولی در اجسام آنیزوتروپ به دو مولفه تجزیه می شود، لذا در کانی های غیر کوبیک (آنیزوتروپ) شکست مضاعف ایجاد می شود. هنگامی که نور به کانی های آنیزوتروپ می تابد، به دو شعاع تجزیه می گردد، یکی از آنها که از قوانین شکست پیروی می کند، به شعاع معمولی معروف است و باO   نمایش داده می شود. شعاع دیگر که از قوانین شکست تبعیت نمی کند و به شعاع غیر معمولی معروف است، با حرف E مشخص می شود. هر دو شعاع هنگام خروج از بلور به موازات یکدیگر خارج می شوند؛ بهترین مثال کلسیت شفاف یا اسپار ایسلند است. زمانی که لسیت چرخانیده می شود، یکی از دو نقطه، ثابت و دیگری می چرخد. به نقطه ثابت شعاع عادی (Ordinary Ray) و به نقطه متحرک شعاع غیر عادی (Extra Ordinary Ray) گفته می شود

نحوه شکست مضاع در بلور کلسیت. جهت ارتعاش نور عادی (O) و غیر عادی (E)

 

شکل 2 – شکست مضاعف در بلور اسپار ایسلند

 

انعکاس نور (Reflection Of Light) : طبق قانون انعکاس زاویه تابش و بازتابش که نسبت به یک خط اندازه گیری می شوند، با یکدیگر برابرند و در یک صفحه قرار دارند. از پدیده انعکاس عمدتناً در میکروسکوپ های انعکاسی و مقاطع صیقلی استفاده می شود.

انکسار نور (Refraction Of Light) : هنگامی که نور از یک محیط وارد محیط دیگر می شود، نور می شکند؛ مانند تابش نور به داخل استکان چای یا یک بلور کوارتز. اگر شعاع تابش را با I و شعاع شکست را با   R نمایش دهیم، با فرض خط عمود بر جدایی دو محیط، ضریب شکست عبارتست از نسبت سینوس I به سینوس  R (شکل 3).ضریب شکست n با سرعت و با طول موج نور نسبت معکوس دارد n=Sin I/Sin R و در مورد یک جسم ایزوتروپ ضریب شکست با نور بنفش بیشتر از نور قرمز است و بیرفرنزانس یک جسم ایزوتروپ برای نورهای نیلی و بنفش بیشتر از نور قرمز است. در کانی های فلزی که از نظر اپتیکی، اوپک هستند نور عبور نمی کند؛ بلکه منعکس می شود. در  صورتیکه که در کانی های دیگر به ویژه کانی های سیلیکاته که بیشتر مورد مطالعه قرار می گیرند، نور در داخل آنها شکسته می شود.

شکل 3- نمایش شکست نور (زاویه تابش و انکسار)

تقسیم بندی کانی ها از نظر بلور شناسی هندسی :

کانی ها از واحد هایی به نام بلور که دارای شکل هندسی معینی است ، تشکیل یافته اند  این شکل هندسی  دلیل بر نظم ثابت اتم ها و یون هاست. به عبارت دیگر اگر اتم ها و یون ها در یک جسم به ترتیب منظمی دور هم جمع شوند و با ابعاد کوچک و بزرگ شکل هندسی معینی ایجاد کنند، در این صورت  جسم جامد بلورین به وجود می آید. در غیر اینصورت به حالت بی شکل (Amorph) سخت می گردد. با توجه به مطالب فوق می توان بلور را به این صورت تعریف کرد که بلور یا کریستال جسمی است جامد با ساختمان داخلی منظم و شکل هندسی معمولاً مشخص که به واسطه داشتن سطوحی سخت و متقاطع در امتداد اضلاعی مستقیم احاطه شده است و جهت این سطوح رابطه ای نزدیک با ساختار درونی ان دارد.

سیستم تبلور : بلورها با توجه به حالت های مختلف محور ها و زاویه بین انها به هفت سیستم و هر سیستم با توجه به عناصر تقارنی به چند رده تقارنی (مجموعاً 32 رده) تقسیم می شوند که عبارتند از :

1 ) سیستم کوبیک یا ایزومتری (̊a=b=c,α=β=γ=90  ). کانی هایی همچون پیریتف گارنت، گالن، مس، کوپریت، الماسف فلوئوریت، طلا، هالیت و اسفالریت در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از : 1- هگزا اکتاهدرون (هگزاکیزاکتاهدرال) 2- هگزاتتراهدرون (هگزاکیزتتراهدرال) 3- پنتاگون ایکوزی تتراهدرال (ژیروئید) 4- دی دو دکاهدرال (دیپلوئید) 5- تتراهدرال پنتاگونال دودکاهدرال (تتارتوئی)

2- سیستم تتراگونال : (̊a=b≠c,α=β=γ=90  ). کانی هایی مانند زیرکن، کالکوپیریت، لوسیت، روتیل، اسکاپولیت و آناتاز در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از : 1- تتراگونال پیرامید 2- دی تتراگونال پیرامید 3- تراگونال دی پیرامید 5- تتراگونال تراپزوهدرون 6- تتراگونال دی اسفنوئید 7- تتراگونال اسکالنوهدرون

3- سیستم هگزاگونال : ( or 120  ̊̊  a=b≠c Angels = 90). در سیستم هگزاگونال می توان به جای محور های و سه محور افقی، مساوی و واقع در یک صفحه فرض کرد که با یکدیگر زاویه 120 درجه می شازند. محور چهارم قائم و از سه محور دیگر بلندتر و یا کوتاه تر است و با ان سه محور زاویه قائمه می سازد. کانی های آپاتیت و بریل در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از 1- هگزاگونال پیرامید 2- دی هگزاگونال پیرامید 3- هگزاگونال دی پیرامید 4- دی هگزاگونال دی پیرامید 5- تریگونال دی پیرامید 6- دی تری گونال دی پیرامید 7- هگزاگونال تراپزوهدرون

4- سیستم تریگونال : ( or 120  ̊̊  a=b≠c Angels = 90). از نظر زوایا و محورهای بلورشناسی مانند سیستم هگزاگونال است؛ به طوری که بعضی، ان را همراه با سیستم هگزاگونال توضیح می دهند. کانی های کوارتز آلفا، تورمالین، دولومیت، کرندومف کلسیت در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتد از : 1- تریگونال پیرامید 2- دی تریگونال پیرامید 3- تریگونال تراپزوهدرون 4- رومبوهدرون 5- تریگونال اسکالنوهدرون

5- سیستم ارتورمبیک (a≠b≠c , α=β=γ=90  ̊ ). کانی های آندالوزیت ، اراگونیت، باریت، الیوین و گوگرد در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از : 1- رومبیک پیرامید 2- رومبیک دی پیرامید 3- رومبیک در اسفنوئید.

6- سیستم منوکلینیک : (a≠b≠c , α= γ=90  ̊, β≠90  ̊ ).  کانی هایی مانند ژیپس، آکتینولیت، آزوریت، بیوتیت، دیوپسید، اپیدوت، موسکویت، ارتوکلاز و تالک در این سیستم متبلور می شند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از : 1- منوکلینیک اسفنوئید 2- منوکلینیک دماتیک 3- منوکلینیک پریسماتیک

7- سیستم تریکلینیک : (a≠b≠c , α≠β≠γ≠90  ̊ ).  کانی های پلازیوکلاز، کیانیت، میکروکلین و ولاستونیت در این سیستم متبلور می شوند. رده های تقارنی در این سیستم عبارتند از : 1- تریکلینیک پدیال (پدیون) 2- تریکلینیک پیناکوئید.

شکل 4- وضعیت محورها در 7 سیستم بلورشناسی 1- کوبیک 2- تتراگونال 3- هگزاگونال 4- تریگونال 5- ارتورومبیک 6- منوکلینیک 7- تریکلینیک

تقسیم بندی کانی ها از نظر خواص نوری :

کانی ها بطور کلی از نقطه نظر خواص نوری به دو دسته تقسیم می شوند :

1- کانی های اوپک : مانند کانی های فلزی که بعضاً نور را به مقدار کم از خود عبور می دهند و برای مطالعه آنها باید از میکروسکوپ انعکاسی استفاده شود.

2- کانی های شفاف : کانی هایی هستند که نور از انها عبور می کند. اکثر کانی های تشکیل دهنده سنگ ها در زیر میکروسکوپ شفاف هستند. که اصطلاحاً ترانسلوسنت گویند. این کانی ها خود به خود به دو گروه ایزوتروپ و آنیزوتروپ تقسیم می شوند.

الف : کانی های ایزوتروپ شامل بلورهای مکعبی، کانی های بی شکل، مقاطع عمود بر محور نوری، بلورهای یک محوری و دو محوری هستند. از جهت نوری، اجسام ایزوتروپ را می توان به شکل یک کره فرض کرد که شعاع ان در تمام جهات یکسان است؛ زیرا اجسام ایزوتروپ، نور را در تمام جهات به طور یکسان و با یک سرعت انتشار می دهند.

ب : غیر از کانی های فوق بقیه کانی ها آنیزوتروپ هستند که خود به دو دسته تقسیم می شوند :

1- کانی های یک محوری : شامل سیستم تتراگونال، تریگونال و هگزاگونال.

2- کانی های دو محوری : شامل سیستم ارتورمبیک، منو کلینیک و تریکلینیک.

به منظور مطالعه کانی شناسی دو ابزار به عنوان وسایل اولیه لازم است. که یکی از مقطع نازک و دیگری میکروسکوپ است  و به طور اختصار در ذیل به انها اشاره خواهد شد.

1- طرز تهیه مقطع نازک :

از سنگ ها و کانی ها به دلایل گوناگون از جمله شناسایی کانی ها، مطالعه بافت کانی ها، بررسی تخلخل آنها و غیره مقاطع نازک میکروسکوپی تهیه می شود. بدین منظور ابتدا سطحی از سنگ یا کانی که هوازده نباشد، برش داده می شود. به کمک پودرهای ساینده (تنگستن کاربید) یکی از سطوح بلوک تهیه شده به طور کامل ساییده و سپس صیقل داده می شود. سپس بلوک با استفاده از چسب مخصوص به لام چسبانده می شود. بلوک نصب شده روی لام را می توان توسط دستگاه برش داد و یا اگر نیازی به برش مجدد نداشته باشد، باید سطح رویی مقطع در ضخامت استاندارد ساییده شود (027/0 میلی متر، بیست و هفت هزارم میلی متر) و سپس باید این سطح را به اندازه کافی صیقل داد تا کانی ها در زیر میکروسکوپ واضح دیده شود. برای اندازه گیری ضخامت مقطع معمولاض از کانی کوارتز و یا فلدسپات به عنوان استاندارد استفاده می شود. ضخامت کانی های کوارتز و فلدسپات را از وجود رنگ خاکستری نظام یک  می توان فهمید.

2- میکروسکوپ پلاریزان :

با وجودی که میکروسکوپ پلاریزان از نظر جزئیات ساختمانی با یک میکروسکوپ معمولی تفاوت دارد، ولی اصول کلی آنها مشابه هم است، یعنی شیئی را که در محل جایگاه قرار می دهند، با درشت نمایی عرضه می کند. درشت نمایی با ترکیب دو ردیف عدسی شیئی و چشمی ایجاد می شود. با عملکرد عدسی های شیئی در انتهای تحتانی اولیه میکروسکوپ یک تصویر روشن و واضح ایجاد می شود. عدسی چشمی فقط تصور را به هر صورتی که در نتیجه کیفیت عدسی شیئی حاصل می گردد، بزرگ می کند. میکروسکوپ های مدرن به شکل یک جعبه درست می شوند و مجهز به قسمت های نوری هستند. هرچند که تاریخچه ساخت میکروسکوپ به اوایل دهه هفدهم بر می گردد، ولی اولین میکروسکوپ پلاریزان در سال 1827 توسط نیکول ] زمین شناس اسکاتلندی[ ساخته شد. سوربی (Sorby) در سال 1858 اولین مقاله را در زمینه ساختمان میکروسکوپی بلورهای منتشر کرد. اولین کتاب تحت عنوان کاربرد میکروسکوپ پلاریزان توسط یکی از  شاگردان سوربی به نام فردینالد زیرکل (Ferdinand Zirkel) در سال 1869 منتشر شد. در حال حاضر انواع میکروسکوپ های پلاریزان آموزشی و پزوهشی در مدل های گوناگون توسط شرکت هایی همچون المپیوس، لایتز آلمان، کارل زایس، کایوای زاپن و غیره ساخته می شود که در مراکز مختلف اموزشی و پژوهشی مورد استفاده قرار می گیرد. اکنون میکروسکوپ ای مدل زایس ساخته کارل زایس (Carl Zeiss) یکی از بهترین و رایج ترین میکروسکوپ های پلاریزان است.

انواع میکروسکوپ :

میکروسکوپ هایی که در زمین شناسی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

1- میکروسکوپ پلاریزان انکساری (Polarizing Microscope) :

این میکروسکوپ برای مطالعه خواص نوری بلورها، شناسایی کانی ها، پترولوژی و پتروگرافی انواع سنگ ها، مطالعه پاراژنز، بافت و تخلخل مورد استفاده قرار می گیرد که به این منظور از مقاطع نازک استفاه می شود. اجزای مهم تشکیل  میکروسکوپ پلاریزان عبارتند از : پایه و بدنه، منبع نوری، پلاریزور، دیافراگم، عدسی متقارب کننده (کندانسور)، پیچ تنظیم سریع و کند، عدسی شیئی، آنالیزور و عدسی چشمی.

شکل 5 – میکروسکوپ پلاریزان ساده و نمایش قسمت های مختلف آن

2- میکروسکوپ پلاریزان انعکاسی (Reflected Microscope) :

از این میکروسکوپ برای مطالعه کانی های فلزی، مطالعه شکل و اندازه آنها، بررسی مراحل و وضعیت نسبی کانی ها، نسبت به یکدیگر استفاده می شود. این میکروسکوپ در متالورژی نیز کاربرد دارد.

3- میکروسکوپ بیناکولار (Binocular Microscope) :

کار این میکروسکوپ صرفاً بزرگنمایی اجسام است. این میکروسکوپ در زمین شناسی (فسیل شناسی، رسوب شناسی)، معدن، کشاورزی (خاک شناسی)، پزشکی و نیز متالورژی کاربرد دارد.

طرز کار میکروسکوپ پلاریزان :

1- حالت ارتوسکوپی : در حالت ارتوسکوپی نور به صورت دسته های موازی بر جسم مورد مطالعه تابانده می شود. نور معمولی ضمن عبور از صفحه پلاریزاتور، قطبی می شود و در مسیر خود از دیافراگم عبور می کند. نور پلاریزه سپس وارد مقطع مورد مطالعه می شود.

اگر جسم ایزوتروپ باشد، تغییری در نور پلاریزه رخ نمی دهد. در صورتیکه اگر جسم مورد مطالعه انیزوتروپ باشد، نور پلاریزه ضمن عبور از جسم تجزیه خواهد شد. عدسی شیئی جسم را بزرگ می نماید. اگر آنالیزور در مسیر نور باشد، نور بعد از عدسی شیئی وارد صفحه آنالیزور می شود. جهت نوسان نور در صفحه آنالیزور عمود بر صفحه پلاریزور است. اگر جسم مورد مطالعه ایزوتروپ باشد، در حالتی که آنالیزور داخل است هیچ گونه نوری بعد از ورقه آنالیزور عبور نخواهد کرد و جسم در تمام موقعیت تاریک خواهد بود. ولی اگر جسم آنیزوتروپ باشد، نور تجزیه خواهد شد. لذا در حالتی که آنالیزور داخل است، ضمن چرخاندن میز میکروسکوپ، جسم تاریک و روشن خواهد شد. عدسی شیئی ضمن بزرگ کردن جسم تصویر آن را در محل تارهای رتیکول قرار می دهد. خواص نوری که در حالت ارتوسکوپی مطالعه می شود، عبارتند از رنگ اینتر فرانس، بیرفرنژانس، طویل شدگی، خاموشی، اندازه گیری ضریب شکست، چند رنگی و موارد دیگر.

2- حالت کنوسکوپی : حالت کنوسکوپی حالتی است که علاوه بر پلاریزاتور ، عدسی متقارب کننده و آنالیزور نیز در مسیر نور قرار خواهد گرفت. برای تشخیص بلورهای یک محوری از دو محوری، تعیین علامت بلور، اندازه گیری زاویه بین محورهای نوری و تعیین جهت برش از حالت کنوسکوپی استفاده می شود. لازم به یادآوری است در حالت کنوسکوپی باید ترجیحاً از عدسی شیئی با بزرگنمایی 40 برابر و داخل کردن عدسی برتراتد استفاده کرد.

 

!! نوشته شده توسط هادی زادسر | | •

RSS