مقاله: نقص شبکه بلور

[S H i M A]

نظم ساختار مواد، تنها در قسمت هايي مستقل و کوچک مشاهده مي شود که به صورت کاملا نا منظم در کنار يکديگر قرار

مي گيرند و تود‌‌‌‌ه ماده را شکل مي دهند. براي دیدن اين موضوع مي توانيد به شکل 1 مراجعه کنيد:

طرحي ساده از ريزساختار​

همانطور که در شکل بالا ديده مي شود، هر رنگ نشان دهنده قسمتي از ماده است که داراي ساختار منظم مي باشد و اين

نظم درکل توده حفظ نشده است ؛ هر يک از اين قسمت هاي منظم را «دانه» مي ناميم.

آيا نظم اتم ها و يون ها در هر دانه ـ که بر اساس ساختار ماده شکل مي گيردـ نظمي کامل و بدون نقص است يا اين که ممکن

است در هر کدام از اين دانه ها نيز کاستي هايي وجود داشته باشد؟!

در پاسخ بايد گفت که: بله! در شبکه بلوري اين دانه ها هم نقص هايي ديده مي شود!

نقص بلوري چيست؟

نقص بلوري عبارتست از بي نظمي اتم ها و يون ها در شبکه بلوري مواد. اين بي نظمي به صورت فقدان اتم ها و يون ها در

محل و موقعيت خود و يا به صورت قرار گرفتن اتم ها و يون ها در مکاني غير از جايگاه اصلي خود، ديده مي شود.

به عبارت ساده تر گاهي اتم ها و يون ها در جايي که بايد باشند، نيستند و در جايي که نبايد باشند ديده مي شوند.

حال ممکن است اين سوال مطرح شود که: مگر ادعا نکرديم در هر دانه (هر کدام از بخش هاي رنگي شکل 1) يک شبکه بلوري

منظم وجود دارد. پس با توجه به اينکه نقص هاي بلوري از نوعي بي نظمي در شبکه بلوري حکايت مي کنند، رابط‌‌‌‌ه نظم موجود در

هر دانه با بي نظمي حاصل از نقص هاي بلوري چگونه خواهد بود؟ آيا بي نظمي ناشي از نقص بلوري نظم شبکه بلوري دانه را

برهم نمي زند؟

در پاسخ به پرسش فوق اين نکته را بايد دانست که نظم موجود در يک دانه نظمي کلي است که تمامي وسعت آن را در بر مي گيرد،

در حالي که بي نظمي هاي حاصل از نقص هاي بلوري، جزئي است و در يک محدود‌‌‌‌ه کوچک نظم را از بين مي برد. بنابراين در يک

دانه يک نظم کلي وجود دارد که به موجب عيوب و نقص هاي بلوري، بي نظمي هايي در برخي از نقاط آن ايجاد شده است. پس اين

بي نظمي هاي جزئي نمي تواند ناقض نظم کلي يک دانه شود.

اگر کره هاي قرمز رنگ را به عنوان يون هاي مثبت (کاتيون) و کره هاي آبي رنگ را به عنوان يون هاي منفي(آنيون) فرض کنيم يک

شبکه بلوري بدون عيب و کامل به صورت شکل 2 خواهيم داشت:

طرحي ساده از يک شبکه بلوري کامل و بدون نقص


​

نقص هاي شبکه بلوري بيشتر به صورت خارج شدن يون ها از محل خود بروز مي کنند که در تصاوير زير مي توانيم دو نمونه از آنها

را مشاهده کنيم؛ اين نقص ها را اصطلاحا نقص «جاي خالي» مي نامند.

طرحي ساده از نقص جاي خالي کاتيوني

​

این شکل نشان دهنده عدم وجود يک يون مثبت يا کاتيون در محل خود است. اگر شبکه بلوري نمک طعام (NaCl) در نظر بگيريم

(به عنوان مثال) ، نقص موجود در آن به صورت نبود يک يون مثبت سديم ([SUP]+[/SUP]Na) در جاي خود ديده مي شود ،يعني يکي از يونهاي

سديم در محلي که مي بايد باشد، نيست.

اين نوع نقص شبکه بلوري که در اثر نبود يون مثبت در جاي خود به وجود آمده است «جاي خالي کاتيوني» ناميده مي شود.

طرحي ساده از نقص جاي خالي آنيوني
​

این شکل نمايانگر عدم وجود يک يون منفي يا آنيون در جاي خود است. اگر شکل 4 را هم شبکه بلوري نمک طعام(NaCl)

در نظر بگيريم نقص نشان داده شده در آن به معناي نبود يک يون منفي کلر([SUP]-[/SUP]Cl) در جاي خود است. اين نقص شبکه بلوري که

حاصلِ نبود يک يون منفي در مکان خود است به «جاي خالي آنيوني» شهرت دارد.

منشاء پيدايش اين کاستي ها چيست؟

دو شاخه از علم به بررسي امکان و عوامل ايجاد کنند‌‌‌‌ه اين نقص ها مي پردازد که به اختصار آنها را معرفي مي کنيم:

شاخه اول «علم ترموديناميک» است که با تحليل مقتضيات ترموديناميکي شبکه هاي بلوري به امکان يا عدم امکان ايجاد چنين

نقص هايي در آن ها مي پردازد.

علم ترموديناميک با بررسي فيزيک اتم ها و يون ها در شبکه هاي بلوري، به ما مي گويد که شبکه هاي بلوري به صورت ذاتي

مايل به داشتن اين کاستي ها در ساختار خود هستند يا نه؛ زيرا با ايجاد نواقص، انرژي شبکه بلوري کاهش و پايداري آن افزايش

مي يابد. اين تفسير به ما مي گويد که نقص ها به طور طبيعي در مواد وجود خواهند داشت.

شاخه دوم، «علم کينتيک» است.

علم کينتيک شرايط مورد نياز براي به وجود آمدن چنين نقص هايي را بررسي مي کند. درست است که علم ترموديناميک امکان

اتفاق افتادن اين نواقص را مشخص مي سازد، اما مسلما براي ايجاد آنها شرايط ويژه اي لازم است که بايد تامين گردد. علم کينتيک

به ما مي گويد که با ايجاد چه تغييراتي در شرايط مي توانيم امکان ايجاد اين کاستي ها را تقويت کرده و يا آن را تضعيف کنيم. علم

کينتيک با بررسي فرآيندِ تشکيلِ نواقص، به شناسايي عوامل تاثيرگذار و ميزان اثرگذاري آنها مي پردازد.

اين علم دو عامل را به عنوان عوامل اصلي موثر در ايجاد کاستي ها معرفي مي کند که عبارتند از: «دما» و «زمان».

با افزايش دما امکان ايجاد نواقص در شبکه بلوري افزايش مي يابد ،بنابراين در دماهاي پايين تر شاهد نقص هاي کمتري در شبکه

بلوري مواد خواهيم بود.

براي توصيف اثر زمان لازم است کمي بيشتر با فرآيند تشکيل بلور آشنا شويم. در فرآيندهاي سنتي ساخت مواد ـ که به فرآيندهاي

«ساختن بالا به پايين» شهرت دارد ـ عموما تشکيل بلور بر پايه فرآيند انجماد صورت مي گيرد، به صورتي که ماده در حالت مايع، ـ که

فاقد نظم بلوري است ـ سرد مي شود. با ادامه سرد شدن و نزديک شدن به دماي انجماد، اتم ها و يون ها در کنار يکديگر قرار گرفته

و يک شبکه بلوري منظم را شکل مي دهند. در دماهاي بالاتر از نقطه انجماد اتم ها و يون ها امکان حرکت و جابجايي دارند، هر چقدر

به نقط‌‌‌‌ه انجماد نزديک تر شويم از اين تحرک کاسته مي شود.

زماني که دما از نقط‌‌‌‌ه انجماد مي گذرد و کمتر از آن مي شود، اتم ها و يون ها تحرک لازم براي جابجايي را از دست داده و بنابراين در

محل خود ثابت مي شوند.

با توصيف بالا از فرآيند انجماد و تشکيل شبکه منظم بلوري ديديم که تنها زمان ممکن براي تشکيل بلور زماني است که دما از حدود

بالايي نقطه انجماد به زير نقطه انجماد مي رسد. در اين زمان اتم ها و يون ها مي بايست از محل خود جابجا شده و به شکلي منظم

در کنار يکديگر قرار بگيرند. بديهي است که اين جابجايي به يک حداقل زماني نياز دارد وگرنه اتم ها و يون ها فرصت قرار گرفتن در

جاي مناسب خود را نمي يابند و تمامي محل هاي لازم براي کامل شدن شبکه بلوري را پر کنند.

بنابراين کوتاه شدن زمان انجماد مي تواند به نقص شبکه بلوري و طولاني شدن آن مي تواند به شکل گيري کامل تر شبکه بلوري کمک

نمايد.

چه چيزي اين زمان را کنترل مي کند؟

اين زمان چيزي بجز فاصله تغيير دما از دماي بالاي نقط‌‌‌‌ه انجماد به دمايي پايين تر از اين نقطه نيست. بنابراين عاملي که اين زمان

را کوتاه و يا طولاني مي کند «سرعت تغيير دما» است يعني اينکه اگر ما ماده را از حالت مايع به آهستگي سرد کنيم زمان بيشتري

طول خواهد کشيد تا به دماي پايينتر از نقطه انجماد برسيم، بنابراين اتم ها و يون ها اين فرصت را خواهند يافت که در محل مناسب

خود قرار بگيرند و تمامي موقعيت هاي لازم را پر کنند. بر عکس اگر مايع را به سرعت سرد کنيم دما سريعا به دماي زير نقط‌‌‌‌ه انجماد

خواهد رسيد و در نتيجه اتم ها و يون ها تحرک خود را فورا از دست خواهند داد و فرصت کافي براي جا به جا شدن و نشستن در

محل هاي مناسب را نخواهند داشت ؛ بديهي است که اين کار موجب ايجاد نقص بيشتر در شبکه بلوري خواهد شد.

آيا انجماد سريع تنها دليل ايجاد و تقويت نقص بلوري است و يا اينکه عوامل ديگري نيز مي توانند منجر به ايجاد آن شوند؟

نواقص بلوري از نظر زمان ايجاد به دو دسته کلي تقسيم مي شوند:

دسته اول اشکالاتي است که در زمان ايجاد بلور يعني در زمان انجماد شکل مي گيرد و دسته دوم پس از تشکيل بلور يعني پس از

زمان انجماد در شبکه بلوري به وجود مي آيد. اين نواقص مي تواند ساعت ها و يا سال ها بعد از انجماد و تشکيل بلور در شبکه بلوري

ايجاد شود.

دسته نخست که نواقص زمان انجماد مي باشند عمدتا از طريق انجماد سريع و يکنواخت نبودن مايع در حال انجماد حاصل مي شوند

البته عوامل ديگري نيز در ايجاد کاستي هاي ناشي از زمان انجماد موثر هستند اما عامل اصلي همان کاهش سريع دما است.

در بررسي دسته دوم يعني نواقص پس از انجماد لازم است کمي به فرآيند ايجاد نقص در شبکه بلوري فکر کنيم.

فرض کنيد که مي خواهيم يک نقص جاي خالي در شبکه بلوري ايجاد کنيم، براي اين کار لازم است که يک اتم يا يون را از محل خود

خارج نماييم؛ از طرفي مي دانيم که دليل حرکت آزادانه اتم ها و يون ها در حالت مايع، وجود انرژي جنبشي زياد (به دليل دماي بالاتر)

در آنها مي باشد، همچنين مي دانيم که اتم ها و يون ها حتي در حالت جامد نيز داراي حرکت هستند. (البته اين حرکات عموما به

صورت ارتعاش در محل خود و گاهي به شکل جابجايي هاي محدود است که با آزادي حرکت اتم ها و يون ها در حالت مايع قابل مقايسه

نيست.) اما اين حرکت براي کنده شدن يک اتم يا يون کافي نيست؛ پس مي توان گفت براي اين کار کافي است که انرژي لازم براي

حرکت ذره مورد نظر را فراهم کنيم. با فراهم شدن انرژي لازم، اتم ها و يون هاي گيرند‌‌‌‌ه انرژي امکان خارج شدن از محل خود را خواهند

داشت.

با توجه به توضيحات فوق در مي يابيم که نواقص پس از انجماد از طريق قرار گرفتن شبکه بلوري در معرض انرژي کافي به وجود مي آيد.

اين انرژي مي تواند از طريق گرم شدن، کار مکانيکي (مانند کشيدن، فشردن، خم کردن و ... )، قرار گرفتن در معرض امواج الکترو

مغناطيس (نور، اشعه ماوراء بنفش، پرتوهاي ايکس، اشعه گاما و ... ) و پرتوهاي پر انرژي (الکتروني، نوتروني و ...) تامين گردد.

يکي از کاستي هايي که در شبکه هاي بلوري فراوان ديده مي شود، نقص «بين نشيني» است. اين نقص حاصل قرار گرفتن يک اتم

يا يون در محلي خارج از محل خود، در ميان ديگر اتم ها و يون ها مي باشد.

طرحي از يک شبکۀ بلوري کامل

​

با فرض اينکه این شکل نمايانگر يک شبکه بلوري بدون نقص است انواع نواقص بين نشيني را نشان خواهيم داد:

طرحي از بين نشيني اتم هاي خودي
​

نقص بين نشيني به دو شکل خود را نشان مي دهد:

يکي از صور اين عيب، بين نشيني خود اتم ها و يون هاي متعلق به شبکه در فضاي موجود بين اتم ها و يون هاي ديگر آن مي باشد

بديهي است که شرط ايجاد اين عيب سازگاري اندازۀ يون بين نشين، با فضاهاي خالي موجود ميان يون هاي شبکه بلوري است؛

زيرا يون بين نشين بايد بتواند خود را در فضاهاي موجود بين ديگر يون ها جا کند.

طرحي از بين نشيني يون هاي غريبه

​

نوع ديگر نقص بين نشيني، قرارگرفتن يک يون خارجي در فضاي ميان يون هاست (مطابق شکل 7). بديهي است که سازگاري

اندازۀ يون بين نشين با فضاي خالي موجود در ميان يون هاي شبکه بلوري، در اين نوع از بين نشيني هم ضروري است. البته

شبکه بلوري امکان تغيير شکل جزئي براي پذيرفتن يون بين نشين را دارد که ميزان آن به اندازۀ يون بين نشين بستگي دارد، اين

تغيير شکل جزئي ساختار شبکه بلوري که «اعوجاج شبکه» خوانده مي شود مي تواند به صورت کشيدگي ـ در برابر يون هاي بزرگتر

از فضاي خالي موجود و يا جمع شدگي ـ در برابر يون هاي کوچکتر از فضاي موجودـ خود را نشان دهد.

حضور يون هاي خارجي در شبکه هميشه به صورت بين نشيني نيست؛ گاهي هم اين يون ها به جاي يون هاي خود شبکه مينشينند.

اين عمل «نقص جانشيني» را در شبکه بلوري ايجاد مي کند.

طرحي از يک شبکه بلوري کامل

​

اگر شکل بالا را يک شبکۀ بلوري کامل در نظر بگيريم، مي توانيم در شکل زیر نقص جانشيني که به صورت قرار گرفتن يک يون

خارجي (يون قرمز صورتي رنگ) به جاي يکي از يون هاي اصلي (يون هاي آبي رنگ) در شبکه نشان داده شده است را، تشخيص

دهيم:

طرحي از بين نشيني يون هاي غريبه

​

يون جانشين شده مي تواند کاتيون يا آنيون باشد که در حالت اول نقص حاصل «جانشيني کاتيوني» و در حالت دوم «جانشيني

آنيوني» خواهد بود.

در حالت بين نشيني، يون خارجي در جاي يون اصلي شبکه قرار نگرفته است بلکه در فضاهاي خالي موجود در شبکه جاي دارد ،

در حالي که در نقص جانشيني،يون خارجي درست در محل يکي از يون هاي اصلي شبکه قرار گرفته و به جاي آن نشسته است.

نواقص جانشيني نيز مانند نواقص بين نشيني، موجب اعوجاج در شبکه بلوري خواهند شد، بديهي است که در اينجا هم ميزان

اعوجاج متناسب با اختلاف اندازۀ يون خارجي واردشده در شبکه و يون اصلي شبکه مي باشد. بنابراين اين نوع نقص نيز مي تواند

سبب کشيدگي و يا جمع شدگي شبکه بلوري در اطراف محل دچار نقص شود.

 

[S H i M A]

آيا اثر نقص بلوري بر خواص مواد اثري بد و نامطلوب است؟

يا اينکه ممکن است در برخي موارد اثري مثبت و مفيد باشد؟ آيا بر هم خوردن نظم موضعي

(عيوب بلوري به علت بر هم زدن پيوستگي نظم بلوري، در محلّ عيب، يک بي نظمي محلي

ايجاد مي‌کنند) هميشه موجب تخريب خواص مطلوب ماده مي شود؟ يا اينکه ممکن است

خصوصيات جديدي را در ماده ايجاد کند؟ آيا ممکن است بتوان به نحو مطلوبي از خصوصيات

ناشي از عيوب بلوري بهره گرفت؟

آيا نمي توان متناسب با خصوصيت ايجادشدة جديد، کاربردهاي جديدي را براي ماده متصور

شد؟

براي پاسخ به پرسشهاي بالا لازم است به بررسي دقيقتر مواد بپردازيم و عوامل شکل‌دهندة

خواص را مرور کنيم.

مي دانيم که مواد سه حالت اصلي دارند: گاز، مايع و جامد. همچنين مي دانيم که خصوصيات

کلي و ويژگي هاي عمومي مواد مربوط به حالتي است که ماده در آن قرار دارد. در حالت گازي،

فاصلة مولکول‌ها زياد و تأثير مولکول‌ها بر يکديگر ناچيز و در نتيجه حرکت مولکول‌ها آزادانه و بدون

قيد است.

در حالت مايع، فاصلة مولکول‌ها کمتر، تأثير آنها بر يکديگر بيشتر و در نتيجه ماده به داشتن حجم

ثابت مقيد ميشود، اما امکان تغيير شکل را از دست نميدهد. در حالت جامد، امکان حرکت مولکول‌

ها آن‌قدر محدود مي‌شود که تودة ماده نمي‌تواند حتي شکل کلي خود را تغيير دهد.

شکل 1 مدلي مقايسه‌اي از حالت‌هاي سه‌گانة بالا را نشان مي‌دهد.

شکل 1 ـ مقايسة ميزان آزادي و حرکت مولکول‌ها
در حالت‌هاي مختلف ماده



​

اين تفاوت‌ها ناشي از حالتي است که ماده در آن قرار دارد و مي‌تواند بسياري از خواص آن را تحت

تأثير خود قرار دهد. مثلاً اگر ماده در حالت گازي قرار داشته باشد، مولکول‌ها به علت فاصلة زيادي

که از هم دارند، مي‌توانند بدون تأثير پذيرفتن از مولکول‌هاي مجاور، به صورت مستقل حضور داشته

باشند.

بنابراين، در اين وضعيت ماده حالت مولکولي خواهد داشت و از حضور يون ها در آن خبري نخواهد

بود، زيرا يون‌ها همان مولکول‌هايي هستند که در اثر برهمکنش با مولکول‌هاي مجاور، الکترون‌هاي

خود را از دست داده‌اند يا الکترون‌هاي اتم‌هاي مجاورشان را گرفته‌اند. يعني وقتي مولکول نزديکي

وجود ندارد، احتمال وجود برهمکنش هم نخواهد بود و احتمال تشکيل يون هم منتفي مي‌شود.

بنابراين، ماده در حالت گازي خصوصيت رسانايي الکتريکي ندارد، زيرا الکترون هاي آزاد و يون ها که

تنها حامل هاي جريان الکتريکي هستند، در اين حالت از ماده وجود ندارند. از طرف ديگر، در حالت

گازي انتظار مي‌رود ماده رساناي گرما باشد، زيرا شرط رسانايي گرمايي، حرکت ذرات ماده است

که در اين حالت به علت مقيد نبودن ذرات در حالت گازي به وجود مي‌آيد.

اين‌گونه پيش بيني خواص را که بر اساس حالات ماده صورت مي گيرد، در مورد حالت مايع و جامد

هم مي‌توان انجام داد و بسياري از خصوصيات کلي و رفتار عمومي مواد را دسته بندي کرد.

نکتة جالب در اين دسته بندي آن است که اثر ترکيب شيميايي مواد مورد توجه قرارنگرفته‌اند، گويي

حالت ماده به‌تنهايي بسياري از خصوصيات کلي آن را مشخص مي کند و اين خصوصيات مستقل از

ترکيب شيميايي آن است.

حالکه ترکيب شيميايي ماده تأثير چشمگيري در تعيين خواص کلي مواد ندارد و حالت ماده به‌تنهايي

گوياي خواص کلي ماده است، اين سؤال مطرح مي‌شود که در انواع مواد چه چيزي موجب شباهت

خواص کلي يک حالت از ماده مي شود و چه چيزي خواص ماده را در حالات مختلف، متفاوت ميکند؟

پاسخ اين پرسش بسيار ساده است. آنچه موجب شباهت خواص کلي همة مواد در يک حالت خاص

مانند حالت گازي مي شود، وضعيت ذرات نسبت به هم است. اين وضعيت «ميزان تحرك پذيري»

ذرات در هر حالت را تعيين مي کند.

مواد در حالت گازي تحرک نامحدود دارند. بنابراين، اين حالت از ماده، مستقل از نوع ماده، داراي همة

خصوصياتي است که از تحرک پذير بودن ناشي مي شوند. بنابراين، وضعيت قرار گرفتن ذرات ماده در

کنار هم، مي تواند خواصي را ايجاب يا برخي از ويژگي ها را از ماده سلب کند. وجود عيوب بلوري نيز،

نه دقيقاً همانند حالت هاي ماده، بلکه به شکلي جزئي تر، به وضعيت قرار گرفتن ذرات ماده در کنار

هم شکلي خاص مي بخشد و از اين طريق رفتار ماده را به سمتي که متناسب با وضعيت قرار گرفتن

ذرات است مي کشاند و موجب مي شود تا ماده ويژگي هاي ديگري را که بعضاً متفاوت از ويژگيهاي

قبلي است از خود نشان دهد. بديهي است که اين تفاوت لزوماً به معني تخريب خواص ماده نيست.

همچنين نمي توان آن را هميشه موجب بهبود خواص دانست.

همان‌طور که نمي توان تغيير حالت يک ماده از حالت گاز به مايع را ــ که لزوماً موجب بهبود يا تخريب

همة خواص نمي شود ــ يک تغيير مثبت يا منفي دانست، وجود عيوب بلوري را نيز نمي توان عامل

تخريب يا بهبود همة خواص ماده به حساب آورد. زيرا همان‌گونه که تغيير حالت ماده برخي از خواص

ماده را بهبود مي بخشد و برخي را تضعيف مي کند، ايجاد عيوب بلوري نيز قادر است برخي از خواص

ماده را بهبود دهد و برخي را تضعيف کند. به عنوان مثال، همان‌طور که تغيير حالت ماده ممکن است

رسانايي گرمايي را کم و رسانايي الکتريکي را زياد کند، بلورهاي معيوب هم ممکن است نسبت به

بلورهاي بدون عيب رسانايي گرمايي کمتري داشته باشند، اما رسانايي الکتريکي بيشتري از خود

نشان دهند.

بنابراين، در پاسخ به اين پرسش که آيا عيوب بلوري بر خواص مواد اثر نامطلوب مي گذارند يا نه؟ بايد

گفت که عيوب بلوري برخي از خواص را بهبود مي‌دهند و برخي را تضعيف مي‌کنند. به عبارت ديگر،

گاهي عيوب، نقص محسوب مي شوند و گاه به عنوان يک عامل کمک‌کننده ما را در دستيابي به

برخي خواص ياري مي کنند.

در مقدمه براي توصيف خصوصيات حالت گازي و تفاوتي که اين حالت با حالت مايع و جامد دارد به

يک نکتة خيلي مهم اشاره کرديم.

گفتيم که عامل اصلي تعيين‌کنندة خواص کلي مواد، ميزان تحرک اجزاي آن است. يعني ميزان

تحرک مولکول ها و يون ها در تعيين خواص مواد نقش عمده اي بازي مي کند و مي تواند به‌تنهايي

وضعيت بسياري از خواص را مشخص سازد. با توجه به اين توضيح، به تصوير زير بيشتر دقت کنيد.

شکل 2ـ تصويري ساده از يک شبکة بلوري



​

همان‌طور که در شکل 2 ديده مي شود، يک شبکة بلوري منظم و بي‌عيب با قرار گرفتن منظم

يون ها (آنيون ها و کاتيون ها) در کنار يکديگر تشکيل مي شود.

با توجه به توضيحات پيشين مي خواهيم به عنوان يک عامل تأثيرگذار در خواص ماده، وضعيت

تحرک يون ها را در ساختار بلوري کامل (بدون حضور عيوب بلوري) بررسي کنيم. مي دانيم که

بلورها (غالباً) داراي حالت جامد هستند و در اين حالت از ماده تحرک ذرات به صورت حرکتهاي

محدود مانند لرزش و جابه‌جايي هاي موضعي است. علت عدم امکان حرکت آزاد در اين حالت

از ماده، فشردگي ساختار و به تبع آن نيروهاي قوي بين ذرات است. وجود پيوندهاي قوي بين

ذرات موجب مي شود که ذرات در پيوندهاي موجود اسير گردند و امکان حرکت آزادانه نداشته

باشند.

بديهي است که هر چه اين پيوندها بيشتر و قوي تر باشد، ميزان محدوديت ذرات بيشتر و تحرک

آنها کمتر خواهد شد. بنابراين، تعداد و چگونگي پيوند ها در ميزان تحرک ذرات نقش اصلي را بازي

مي کند. با اين توضيحات اين سؤال مطرح مي شود که در يک ساختار منظم و کامل بلوري ميزان

تحرک ذرات (آنيون ها و کاتيون ها) چگونه است و آيا ميزان اين تحرک با ميزان تحرک بلورهاي ناقص

(داراي عيوب بلوري) متفاوت است؟

شکل 3ـ طرحي ساده از يک شبکة بلوري ناقص
(داراي عيب جاي خالي)



​

با در نظر گرفتن اين نکته که در يک شبکة کامل هر يون در محل خاص خود قرار مي گيرد و از طريق

پيوندهاي مشخص با يون هاي اطرافش در موضع خود مستقر مي شود، مي توان نتيجه گرفت که

تحرک يون ها در اين حالت به کمترين حد خود خواهد رسيد، زيرا تمام پيوندهاي ممکن در يک شبکة

کامل تشکيل مي شود و هيچ ظرفيتي براي برقراري پيوند خالي نمي ماند. در مقابل، در يک بلور

ناقص به علت اضافه بودن يا کم بودن يک يون (مثلاً کم بودن يک آنيون که معادل است با اضافه بودن

يک کاتيون، يا اضافه بودن يک آنيون که متناظر است با کم بودن يک کاتيون) امکان تشکيل تمامي

پيوندهاي ممکن وجود ندارد و از آنجا که هر پيوند همانند بندي است که يون ها را در محل خود

محکم مي کند، مي توان انتظار داشت که در اين حالت (بلور ناقص) ميزان حرکت يون ها بيش از

حالتي باشد که شبکة بلوري کامل است.

شکل 4ـ طرحي ساده از يک شبکة بلوري ناقص
(داراي عيب بِين نشيني)



​

با مقايسة پيوند هاي موجود در شبکة بلوري کامل (شکل 2) و شبکه هاي بلوري داراي نقص

(شکل هاي 3 و 4) مي توان به تفاوت هاي ناشي از وجود عيوب که به آزادي حرکتي بيشتر

يون ها منجر مي شود پي برد.

يکي ديگر از سازوکارهايي که موجب مي شود تا يون ها در شبکه هاي بلوري ناقص از تحرک

بيشتري برخوردار شوند، ايجاد اعوجاج است.

همان‌طور که در مقاله هاي نقص بلوري به آن اشاره شده است، عيوب بلوري اعم از «جاي

خالي» ، «بِين‌نشيني» و... به علت بر هم زدن نظم ابعادي شبکه، موجب جمع‌شدگي يا

کشيدگي شبکه در محل نقص مي شوند. اين تغيير وضعيت، پيوند هاي اطراف اعوجاج را از

حالت بهينة خود خارج مي‌کند و يون هاي محل اعوجاج را تحرک بيشتري مي‌بخشد. بنابراين،

چولگي شبکة بلوري، علت ديگري براي تحرکِ بيشتر يون ها در يک شبکة بلوري ناقص است.

 

[S H i M A]

بررسی نابجایی ها در شبکه بلور

عیوب نقطه ای، سطحی و خطی + عکس و نمودار و فرمولها: