مفهوم دانه در بلورها
در مطلب قبل با ساختار مواد آشنا شدیم، دیدیم که با توجه به پیوند بین اتم های مواد مختلف خواص آن ها مانند استحکام، رسانندگی و ... آن ها متفاوت است. هم چنین فهمیدیم که چینش اتم ها در کنار همدیگر در مواد با هم فرق دارد. مواد در یک شبکه به شکل مکعب، شش گوشی و ... قرار دارند و نیروی بین اتم ها، آن ها را در آن ساختار در کنار هم نگه می دارد.
بنابراین خواص مواد به نوع ساختار بستگی خواهد داشت. یعنی همه موادی که ساختار مکعبی دارند یکسری خواص مشترک دارند که این خواص را موادی با ساختار شش گوشی ندارند.
یکی دیگر از نکاتی که باید یادآوری شود این است که خواص مواد مثل رسانندگی الکتریکی، رسانندگی گرمایی و ... در جهات مختلف ساختار یک ماده با هم متفاوت است. مثلا گرافین فقط در جهت زیکزاکی رساناست و در عمود بر آن رسانا نیست. برای درک بهتر این مسئله مثالی می زنیم:
در ساختار گرافیت ما انتظار داریم که استحکام در راستاهای مختلف متفاوت باشد؛ زیرا ساختار اولیه در جهت صفحات لانه زنبوری دارای استحکام بالا و در جهت عمود بر صفحات دارای استحکام کمی است. بنابراین گرافیت فقط در برخی جهات خاص می‌بایست "قابلیت حرکت لایه‌ها بر روی یکدیگر" را داشته باشد.
می‌دانیم که از گرافیت به عنوان ماده اصلی مغز مداد استفاده می‌شود و اثری که از مداد بر روی کاغذ باقی می‌ماند در حقیقت لایههای نازک گرافیت است که با مالش نوک مداد بر روی کاغذ، از سطح آن کنده شده و بر روی کاغذ می‌چسبد و همان طور که پیش‌تر اشاره شد، لایههای گرافیت، به دلیل پیوند ضعیف ثانویه، امکان لغزش و حتی جدا شدن از یکدیگر را دارند. هم چنین در طرح درس یاد گرفتیم که بلور از تکرار یک سلول واحد به وجود می آید؛ حال ممکن است این سوال پیش بیاید که
اگر حجم زیاد از گرافیت (توده ای از گرافیت)، برای ساختن مغز مداد لازم باشد آیا آن حجم زیاد نیز از تکرار همان ساختار اولیه (سلول واحد) گرافیت است؟
اگر این حدس درست باشد باید مداد تنها در یک جهت خاص قابلیت نوشتن داشته باشد. زیرا ساختار گرافیت تنها لغزیدن لایه‌ها بر روی هم و کنده شدن آن ها از توده و چسبیدن‌شان به سطح کاغذ را در جهت خاصی میسر می‌سازد و در غیر از آن جهات خاص، به دلیل وجود پیوندهای قوی درون لایه‌ها، امکان کنده شدن وجود نخواهد داشت.
این تعبیر به آن معناست، که مداد تنها در برخی جهات خاص می‌نویسد و در دیگر جهات مداد نخواهد نوشت و این تصور با تجربه هر روزه ما از به کارگیری مداد متفاوت و متناقض است؛ زیرا به تجربه دریافته‌ایم که مداد در تمامی جهات می‌نویسد. ما مداد را در هر زاویه و هر جهتی نسبت به کاغذ حرکت دهیم مداد خواهد نوشت.
پس دلیل این تناقض چیست؟
برای رسیدن به جواب سوال فوق باید با مفهوم «دانه» آشنا شوید.
در واقع
مواد از دانه هایی با اندازه و جهت گیری های مختلف ساخته شده اند. هر دانه شامل چندین سلول واحد است.
پس چون دانه های یک ماده، جهت گیری های مختلف نسبت به هم دارند، در دید ماکروسکوپیکی همان خاصیت میکروسکوپیکی را خواهد داشت. یعنی یک مداد از یک گرافیت با دانه های با جهت گیری های مختلف ساخته می شود و خاصیت لغزیدن صفحات در همه جهات برای توده ماده گرافیت امکان پذیر می شود.
برای درک بهتر شکل زیر را با دقت ببینید.
در شکل بالا هر رنگ نشان دهنده قسمتی از ماده است که دارای ساختار منظم می باشد و این نظم درکل توده حفظ نشده است ؛ هر یک از این قسمت های منظم همان «دانه» است. اگر جهت گیری همه ی دانه ها یکسان بود و یا توده یک ماده از یک دانه با یک جهت گیری خاص درست می شد در آن صورت لایه های گرافیت و در یک جهت قابلیت لغزیدن بر روی هم را داشته و در نتیجه مداد فقط در یک جهت قابلیت نوشتن را داشت.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی
