تبلور

التبلور (أو البَلْوَرَة) عبارة عن عملية تشكيل (طبيعية كانت أم اصطناعية) للبلورات الصلبة من المحلول.

تبلور الجليد

تعد عملية التبلور أيضاً من تقنيات الفصل في الجمل الصلبة-السائلة، حيث تحدث عملية انتقال للكتلة للمادة المنحلة من طور المحلول السائل إلى الطور البلوري الصلب والنقي.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التبلور في الطبيعة

 
رقاقات ثلج هم مثال معروف تماماً، حيث subtle differences in crystal growth conditions result in different geometries.

ونشاهد في الطبيعة ظواهر كثيرة تتضمن عملية التبلور، وفي كثير من الأحيان تكون عصورا جيولوجية طويلة قد مضت حتى تتكون، مثل:

  • متدليات الكهوف وصواعد الكهوف وهي أعمدة مخروطية متبلورة تحتوي على الماء. وعادة تتواجدا سوياً ، حيث تتكون المتدليات أو الهوابط من تتابع تساقط قطرات الماء المحتوية على تركيبات معدنية ذائبة فيتبخر الماء منها وتعلق التركيبات المعدنية وتتبلور في هيئة المتدليات من أسقف الكهوف. عند سقوط قطرات الماء من المتدليات تشكل أيضا علي أرضية الكهف بعد تبخرها مخروطات هرمية من تركيبات المعادن المتبلورة ، ومع مرور الزمن تستطيل المتدليات من أعلى إلى أسفل بينما يتزايد ارتفاع الصواعد المخروطية تحتها من أسفل إلى أعلى. بذلك يتكون الشكل المألوف للهوابط والصواعد المتبلورة في الكهوف. تحتاج نشأة تلك الأشكال البلورية إلى أزمنة طويلة من تتابع سقوط قطرات المياه المعدنية واحدة تلو الأخرى وتبلور المعادن التي يحتويها الماء تقاس بعشرات الآلاف أو مئات الآلاف من السنين.

ومن الأشكال المعهودة التي تتبلور خلال وقت قصير :

  • أشكال الثليج السداسية الشكل والتي تتكون على الأسطح المستوية الباردة في وجود بخار الماء.
  • تبلور عسل النحل، وتميل معظم أنواع عسل النحل على التبلور.


طرق اصطناعية

هناك طريقين لنشوء البلورات صناعياً

الطريق الأول

بتحول المادة من شكلها السائل (المصهور) إلى الصلب وذلك بانخفاض درجة الحرارة إلى ما دون درجة الانصهار

الطريق الثاني

بتغيير الشروط المحيطة بالمحل والمادة المنحلة (تحت درجة حرارة ثابتة وضغط ثابت) فتتحول المادة المنحلة إلى بلورات.

- لكل مادة منحلة solute كمية عظمى يمكن أن تنحل ضمن سائل معين والذي يدعى محل solvent ، وتدعى هذه الحالة بالمحلول المشبع.

ولكي تتشكل البلورات ضمن السائل يجب أن تتواجد بكمية تفوق تركيز المحلول المشبع ، وهو ما يدعى بالمحلول فوق المشبع.

وبعد أن يتحول المحلول إلى محلول فوق مشبع تبدأ البلورات بالتشكل حتى يعود المحلول إلى حالة الإشباع.

ولتحقيق هذه العملية لدينا ثلاث خيارات :

1- تبخير المحل ، فيزيد تركيز المادة المنحلة مما يجعلها تتبلور وتترسب.

2- تبريد المحل ، فيصبح أقل قدرة على حل المواد مما يجعلها تتبلور وتترسب أيضاً.

3- إضافة محل آخر يمتزج مع المحل الأصلي ولا يحل المادة المنحلة ، فعندما يمتزج مع المحل الأساسي تقل كمية المحل المطلوب لحل المواد فتتبلور المادة المنحلة.

تستخدم عملية البلورة الصناعية كثيراً في الصناعة الداوئية حيث تتم بلورة العديد من الأدوية بإضافة الماء إلى محلول المادة الدوائية في الإيتانول ، وذلك إذا كانت المادة لا تنحل بالماء وتنحل بسهولة في الإيتانول.

فإذا كان محلول المادة الدوائية في الإيتانول قريباً من درجة الإشباع فإن إضافة الماء إليه ستجعل المحلول في حالة فوق الإشباع وتترسب المادة الدوائية على شكل بلورات.

وباختلاف الطريق الذي سلكته البلورة يتغير ترتيب الذرات فيها مما يغير من خواصها الفيزيائية كدرجة الانصهار والانحلالية والكثافة .... الخ.

علاقة التبلور والترموديناميك

 
صور لجزء من بلورة جليد عند درجات تضخيم متزايدة ، التقطت بمجهر إلكتروني ماسح عند درجة حرارة منخفضة.

تعتمد عملية التبلور على الترموديناميكا وحركة الجزيئات مما يجعل من الصعب التحكم في تلك العملية. وتدخل فيها مسألة نقاوة المادة المتبلورة ، وطريقة خلط المكونات ، وتصميم بوتقة التبلور ، وخطة التبريد ، كل تلك العوامل تؤثر على حجم البلورة المتكونة ، وعدد البلورات ، وشكلها.

ويمكننا تصور عملية التبلور بتخهيل جزيئ في داخل "بلورة مثالية" عندما ترفع درجة حرارتها بواسطة مصدر حراري خارجي. فعند وصول البلورة إلى درجة حرارة معينة (مميزة لمادة البلورة) ، ينق الرباط بين الجزيئ وما حولة فجأة ، ولحظيا يحدث ذلك لجميع الجزيئات في البلورة فتنفصل الجزئيات عن بعضها وتفقد هيكلها البلوري مكونة سائلا (يصبح توزيع مجموع الجزيئات عشوائيا لا شكل داخليا له). وتصف الديناميكا الحرارية تلك العملية بأن تحول المادة الصلبة المتبلورة إلى السيولة بسبب زيادة الإنتروبية S حيث تزيد عشوائية توزيع الجزيئات في النظام ، وتغلبه على الإنثالبية H ، أي قوي الروابط بين الجزيئات.

 

 

G تسمى طاقة گيبس الحرة وهي في السائل أقل من مقدارها في المادة الصلبة أو البلورة.

تلك العملية تحدث دائما عند ارتفاع درجة الحرارة. كذلك بالنسبة إلى عملية التبريد، فبعد التبريد ووصول درجة الحرارة المميزة للمادة، فجأة تتشابك الجزيئات وتتخذ شكلها البلوري. بذلك تنخفض الأنتروبية بسبب تبوء الجزيئات أماكن ثابتة منتظمة في البلورة. وهي عندما تترابط فيما بينها فهي تطلق حرارة الارتباط إلى الجو المحيط بها الذي يزيد من عشوائية الذرات والجزيئات في الكون - أي تزيد انتروبية الكون.

ولكن السوائل التي تتصرف بهذه الطريقة عند تبريدها قليلة، فعلى الرغم من القانون الثاني للديناميكا الحرارية يحدث التبلور عادة عند درجة حرارة أقل قليلا عن درجة الحرارة المميزة للمادة - عند حالة للسائل تسمي "تبريد فائق". وهذا يعني من وجهة الترموديناميكا أنه من الأسهل هدم البلورة وتفرقة جزيئاتها عن جمعهم وبناء النظام البلوري.

وإنه من الأسهل إذابة بلورة في مذيب عن تكوين بلورة منتظمة من هثل ذلك المحلول. إن تكوين نواة ابتدائية للتبلور وتنمية البلورة يعتمد على التحكم في حركة الجزيئات أكثر من اعتماده على التحكم في الحركة الحرارية (الترموديناميكا).

انظر أيضاً

        

المصادر

  • Glynn P.D. and Reardon E.J. (1990) "Solid-solution aqueous-solution equilibria: thermodynamic theory and representation". Amer. J. Sci. 290, 164-201.
  • Geankoplis, C.J. (2003) "Transport Processes and Separation Process Principles". 4th Ed. Prentice-Hall Inc.
  • Stanley SJ. (2006) Tomographic imaging during reactive precipitation: mixing with chemical reaction, Chemical Engineering Science, 61 (23), pp 7850-7863
  • Aulton's Pharmaceutics

وصلات خارجية


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

معرض الصور