در مقاله نواقص بلوري چيست؟ با مفهوم نواقص بلوري، برخي از انواع آن و علت پيش آمدن آنها قدري آشنا شديم. پيش از آن که وارد به مسائل ديگري از نواقص شبکه بلوري بپردازيم، لازم است که با نوع ديگري از آن ها آشنا شويم. 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.

شکل 5- طرحي ساده از يک شبکۀ بلوري کامل

با فرض اينکه شکل 5 نمايانگر يک شبکه بلوري بدون نقص است انواع نواقص بين نشيني را نشان خواهيم داد:

شکل 6- طرحي ساده 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 که در شکل 6 نشان داده شده است؛ 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.

شکل 7- طرحي ساده 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 همانطور که در تصاوير6 و7 نيز ديده مي شود، 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 موجودـ (شکل 6) و يا جمع شدگي ـ در برابر يون هاي کوچکتر از فضاي موجودـ (در شکل 7) 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 مي نشينند. اين عمل «نقص جانشيني» را در شبکه بلوري ايجاد مي کند.

شکل 8ـ طرحي ساده از يک شبکه بلوري کامل

اگر شکل 8 را يک شبکۀ بلوري کامل در نظر بگيريم، مي توانيم در شکل 9 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:

شکل 9- طرحي ساده 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.
تفاوت نقص هاي بين نشيني و جانشيني را مي توان در مقايسه تصاوير 7 و 9 مشاهده کرد.
همانطور که در شکل 7 ديده مي شود، 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 همانطور که در شکل 9 نيز ديده مي شود، 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.
حال که با انواع بيشتري از کاستي هاي شبکه بلوري آشنا شديم لازم است که به يک پرسش جدي بيانديشيم:
آيا نقص هاي شبکه بلوري که آن را عيوب شبکه بلوري نيز مي ناميم واقعاً بد هستند؟ آيا اين نواقص بر خواص ماده اثر منفي مي گذارند؟ يا اينکه حتي ممکن است موجب بهبود برخي از خواص مواد نيز بشوند؟!

در مقاله «ريز ساختار چيست؟» در مورد عدم يک پارچگي نظم شبکه بلوري در موادي که به صورت توده اي در اطراف مان وجود دارند مفصلا صحبت کرديم و گفتيم که 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 به ياد آوردن اين موضوع مي توانيد به شکل 1 مراجعه کنيد:

شکل 1- 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.
پس از اين مقدمه مختصرـ که مروري بر بحث ريزساختار و اهميت آن در تعيين خواص مواد بود ـ اين پرسش جدي مطرح مي شود که 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!
شايد بخواهيد بدانيد که 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.
حال براي اين که تصور بهتر و دقيق تري نسبت به عيب ها وکاستي هاي شبکه بلوري مواد پيدا کنيد به معرفي برخي از آنها مي پردازيم. 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:

شکل 2-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.

شکل 3- طرحي ساده از نقص جاي خالي کاتيوني

شکل 3 نشان دهنده عدم وجود يک يون مثبت يا کاتيون در محل خود است. اگر شکل 3 را شبکه بلوري نمک طعام (NaCl) در نظر بگيريم (به عنوان مثال) ، نقص موجود در آن به صورت نبود يک يون مثبت سديم (⁺Na) در جاي خود ديده مي شود ،يعني يکي از يون هاي 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.

شکل 4- طرحي ساده از نقص جاي خالي آنيوني

شکل 4 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(^-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.
اکنون با توجه به آشنايي مختصري که با ساده ترين نقص شبکه بلوري يعني نقص جاي خالي پيدا کرده ايد ممکن است از خود بپرسيد که 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.
اما به راستي چه چيزي اين زمان را کنترل مي کند؟
همانطور که پيش تر گفتيم 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؟
پيش از پاسخ به اين پرسش بايد به اين نکته دقت کرد که 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 الکترومغناطيس (نور، اشعه ماوراء بنفش، پرتوهاي ايکس، اشعه گاما و ... ) و پرتوهاي پر انرژي (الکتروني، نوتروني و ...) تامين گردد.

در مقاله‏ قبلی به نقش تعداد همسایه‌های اتم در رفتار آن و به تبع این موضوع، به رفتار خاص اتم‌های سطحی و تفاوت آن با رفتار اتم‌های درون حجم ماده پرداختیم. در این مقاله به موضوع دیگری می‌پردازیم که تبیین آن کمک شایانی به درک رفتار مواد و به ویژه در مقیاس نانومتری خواهد کرد.
اگر به مفهوم انرژی بپردازیم، خواهیم دید که هر اتم به دلیل قرار گرفتن در ساختار بلوری ماده دارای مقداری انرژی است که برای جدا کردن آن از ماده باید این مقدار انرژی را مصرف نمود. اگر اتم موجود روی سطح در نظمی مانند دیگر اتم‌های موجود در حجم ماده قرار بگیرد، آن‏گاه نسبت به دیگر اتم‌ها، مقدار انرژی بیشتری را به خود اختصاص می‌دهد. بنابراین طرز قرارگیری این اتم نسبت به دیگر اتم‌های این شبکه‏ بلوری متفاوت است. برای طی یک روند معقول و برای درک بهتر این مفهوم، بهتر است ابتدا فرض کنیم که اتم‌های سطحی در نظمی مانند اتم‌های درون حجم ماده قرار گرفته باشند. سپس در مقاله‏ بعدی با استفاده از مفهوم انرژی سطحی، به بررسی تحولات سطح برای رسیدن به حالت متعادل می‌پردازیم.

انرژی سطحی
بر اساس تعریف، انرژی سطحی که آن را با حرف یونانی γ (گاما-Gamma) نشان می‌دهیم، برابر است با میزانی از انرژی که برای ایجاد سطح جدیدی به اندازه‏ واحد اندازه‌گیری لازم است. برای مثال، می‌توانیم برش دادن یک مکعب مستطیل و تبدیل آن به دو مکعب مستطیل دیگر را در نظر بگیریم (شکل 1).
 

شکل 1- برای بریدن یک مکعب مستطیل و تبدیل آن به مکعب‌های کوچک‌تر باید بر پیوندهای بین اتم‌های موجود در دو سمت صفحه‏ برش غلبه نمود. در این فرآیند دو سطح جدید در ماده ایجاد می‌شود که در این شکل با رنگ تیره مشخص شده‌اند.

با توجه به تعریف ارائه شده، تلاش می‌کنیم تا به مدلی برای توصیف و محاسبه‏ انرژی سطحی دست یابیم. برای این کار، باید بر تمام پیوندهای موجود در یک سطح غلبه کنیم و آنها را از میان ببریم. پس مقدار این انرژی برابر می‌شود با حاصل‌ضرب تعداد کل پیوندهای موجود روی سطح (Nt) در مقدار انرژی لازم برای غلبه بر هر پیوند (انرژی پیوند یا ε).
E=Nt.ε
تعداد کل پیوندها را می‌توان از حاصل‏ضرب تعداد اتم‌های موجود در سطح مورد نظر (Na) در تعداد پیوندهایی که هر اتم بر اثر ایجاد سطح جدید از دست می‌دهد (Nb) محاسبه نمود. در این نام‌گذاری، b مخفف broken به معنای «شکسته شده» است و بر شکسته شدن پیوندها بر اثر ایجاد سطح جدید دلالت دارد.
Nt=Na.Nb
از آنجایی‏که بر اساس تعریف، انرژی سطحی یک ماده، برای واحد سطح ماده تعریف می‌شود، بنابراین باید انرژی محاسبه شده را بر سطح مورد نظر (A) تقسیم نمود (γ=E/A). اما باید توجه داشت که با برش دادن این قطعه مکعب مستطیلی، دو سطح جدید و هر یک به مساحت A ایجاد می‏شود (شکل 1). بنابراین داریم:
γ=E/2A=Na.Nb.ε/2A
از طرفی بر اساس تعریف، می‌توان تعداد اتم‌ها بر واحد سطح را برابر با چگالی سطحی اتمی (ρa=Na/A) در نظر گرفت.
γ=Nb.ε.ρa/2
در این رابطه γ دارای واحد انرژی بر واحد سطح یا ژول بر سانتی‌متر مربع (J/cm2) است. این رابطه مدلی بسیار ساده شده از انرژی سطحی را ارائه می‌دهد. در این مدل فرض شده است که فواصل و آرایش اتمی و هم‏چنین مقدار ε در سطح، تفاوتی با حجم ماده ندارد (همان‏طور که در ادامه‏ این مقالات خواهیم دید، این موضوع درست نیست و اتم‌های سطحی حتی می‌توانند آرایش متفاوتی را نسبت به اتم‌های درون حجم ماده به خود بگیرند.). بنابراین نمی‌توان این مدل را با اطمینان در تمام موارد به کار برد. اما این مدل می‌تواند درک خوبی از مقدار انرژی سطحی و عوامل موثر بر آن را در اختیار ما قرار دهد.
برای درک دقیق‌تر این موضوع، مناسب است که انرژی سطحی صفحات مختلف بلوری را محاسبه نماییم تا با پارامترهای این محاسبه و ماهیت دقیق‌تر آنها آشنا شویم. برای این منظور صفحه‏ (0 0 1) را در یک شبکه‏ بلوری با ساختار FCC در نظر بگیرید (شکل 2).

شکل 2- صفحه‏ (0 0 1) در یک بلور مکعبی FCC، در این تصویر اتم مرکزی این صفحه به شکل توپر و نزدیک‌ترین همسایگان آن با کشیدن زیرخط نمایش داده شده‌اند.

همان‏گونه که از قبل می‌دانید، عدد همسایگی هر اتم در ساختار FCC برابر با 12 است. در این تصویر مشاهده می‌شود که اتم مشخص شده در روی صفحه‏ (0 0 1) تنها 8 اتم همسایه را در کنار خود می‌بیند. این اتم‌ها در شکل 2 با زیرخط نمایش داده شده‏اند. بنابراین این اتم که بر روی سطح واقع شده است، به تعداد 4 همسایه‏ خود را از دست داده است، بنابراین مقدار Nb برای آن برابر با 4 است. این صفحه‏ اتمی در مساحتی معادل با a2 (که a همان پارامتر شبکه است) یا همان سطح رنگی شده در شکل 2، دارای یک اتم کامل در وسط و چهار ربع اتم در چهار کنج، و در نتیجه در مجموع دارای دو اتم کامل است. پس ρa (چگالی اتمی صفحه‌ای) برای این صفحه‏ اتمی برابر با 2/a2 است. بنابراین خواهیم داشت:

پرسش 11: در محاسبه‏ بالا، مقدار γ را بر حسب a (پارامتر شبکه) و ε (انرژی پیوند) به دست آوردیم. اکنون برای رسیدن به یک عدد مشخص، چگونه باید این دو پارامتر را به دست آوریم؟

بنابراین در محاسبه‏ مقدار انرژی سطحی، علاوه بر دانستن چگالی اتمی صفحه‌ای، باید بتوانیم تعداد اتم‌های جداشده از اطراف هر اتم در آن صفحه‏ مورد نظر را بشماریم. از این رو باید در ابتدا عدد همسایگی شبکه‏ مورد بررسی را بدانیم.

پرسش 12: به عنوان تمرین، انرژی سطحی صفحه‏ (0 1 1) را در ساختار بلوری FCC محاسبه نمایید. پارامتر شبکه را a و انرژی پیوند را برابر با ε در نظر بگیرید.

پرسش 13: آیا با زیاد شدن مجموع مربع‌های اندیس‌های صفحه‏ بلوری در یک شبکه‏ مکعبی، مقدار انرژی سطحی آن در یک روند خاص تغییر می‌کند؟ اگر پاسخ شما مثبت است، این روند را بیابید.

در مقاله‏ بعدی با استفاده از مفهوم انرژی سطحی، به تبیین برخی رفتارهای سطحی مواد جامد خواهیم پرداخت و شناخت بهتری از اتم‌های سطحی مواد پیدا خواهیم نمود.

در مقاله قبلی تلاش نمودیم تا پاسخ مناسبی را برای پرسش 9 و به تبع آن برای پرسش 8 بیابیم و نقش اتم‌‏های سطحی را در رفتار ماده تبیین نماییم. در این راستا به مفهوم عدد همسایگی اشاره نمودیم و دیدیم که عدد همسایگی اتم‌‏های سطحی با اتم‌‏های درون حجم ماده متفاوت است. بنابراین اگر عدد همسایگی بر خواص اتم تاثیرگذار باشد، در مواد نانومتری و خوشه‏‌های اتمی که تعداد بسیار زیادی از اتم‏‌ها بر روی سطح ماده قرار دارند (جدول 1- مقاله‏ اهمیت سطح در دنیای نانو (3)) یا به عبارتی نسبت سطح به حجم بسیار بیشتر از مواد بزرگ‏تر است، این تاثیر باید چشم‏گیرتر باشد.

فعالیت شیمیایی
برای روشن‏‌تر شدن موضوع، مثالی را که در کتاب «نانو از نو» آورده شده است، بیان می‏‌کنیم. تصور کنید که در زنگ تفریح به همراه دوستان خود در حیاط مدرسه ایستاده‌‏اید. هنگامی‏که زنگ به صدا در می‏‌آید، هر یک از شما تلاش می‏‌کند تا به سمت کلاس برود. در این شرایط آیا رفتار شما با بقیه‏ دوستانتان یکسان است؟ اگر شما در میان حلقه‏ دوستانتان ایستاده باشید، ابتدا باید صبر کنید تا اطرافیانتان حلقه را ترک کنند و سپس شما بتوانید راهی به بیرون بیابید. بر عکس، دوست شما که در اطراف این جمع ایستاده است، می‌تواند به راحتی و با آزادی عمل بیشتری این حلقه را ترک کند. این رفتاری است که در اتم‏‌های یک ماده‏ جامد نیز دیده می‏‌شود. در واقع، اتم‏‌های سطح ماده آزادی عمل بیشتری نسبت به اتم‏‌های داخل حجم دارند. همان‏گونه که در مقالات قبلی گفته شد، ارتباط ماده با محیط پیرامونش، از طریق محل تماس آن با این محیط یا همان سطح ماده است. بنابراین به راحتی می‌‏توان دریافت که اتم‌‏های سطحی ماده، واکنش‏‌پذیری بیشتری دارند. بنابراین هنگامی‌که اندازه ذرات تشکیل دهنده ماده تا جایی کوچک شوند که نسبت سطح به حجم افزایش چشمگیری داشته باشد، واکنش‏‌پذیری ماده نیز بسیار افزایش خواهد یافت. اگرچه، در همان اندازه‌های بزرگ نیز با خرد کردن ذرات یک ماده، به وضوح واکنش‌پذیری آن افزایش می‌یابد و برای مشاهده‏ افزایش واکنش‏‌پذیری لزومی ندارد تا حتما به اندازه‏‌های نانومتری برسیم.
البته باید بین این موضوع و موضوع غیر فعال شدن سطح فلزاتی مانند آلومینیوم بر اثر تشکیل لایه‏ اکسیدی، روی سطح آن تمایز قائل شد. زیرا در آن شرایط اتم‏‌های سطحی در قالب یک ترکیب شیمیایی قرار گرفته‏‌اند و ماهیتی جدا از اتم‏‌های خالص درون حجم ماده دارند. در نتیجه واکنش‌‏پذیری بسیار کاهش می‌یابد و حجم ماده از واکنش شیمیایی مصون می‌‏ماند.

پرسش 10: بر اساس آنچه که تاکنون آموخته‌‏ایم، برخی از مواد در هنگام قرارگیری در محیط خورنده مانند آب دریا یا محیط‏‌های اسیدی، خود را از خط خوردگی حفظ می‏‌کنند. به این ترتیب که یک لایه‏ اکسیدی روی آنها تشکیل می‏‌شود. این لایه‏ اکسیدی در آلومینیوم، Al2O3، در تیتانیوم، TiO2 و در فولاد ضد زنگ، اکسید کروم یا Cr2O3 است. این لایه‏ اکسیدی بسیار سخت و دارای چسبندگی زیاد به سطح زیرین و هم‏چنین یکپارچه است، بنابراین جلوی اکسید شدن لایه‌‏های زیرین را می‏‌گیرد. در مهندسی خوردگی و حفاظت از فلزات، به این رفتار به اصطلاح غیر فعال (passive) شدن گفته می‏‌شود. به نظر شما، کوچک کردن اندازه‏ ماده و به خصوص تا اندازه‏‌های نانومتری، چه تاثیری بر این رفتار دارد؟

نقطه‏ ذوب
البته این موضوع تنها محدود به فعالیت شیمیایی ماده نیست، بلکه در شکل دادن ویژگی‌های فیزیکی نیز، اتم‌های سطحی رفتاری متمایز از اتم‌های حجم دارند. تمام اتم‌‏های موجود در ماده در هر دمایی مقدار مشخصی از انرژی را به دلیل نوسان‏‌های خود، به خود اختصاص می‏‌دهند. میزان دامنه‏ این نوسان در تمام اتم‌‏های ماده یکسان نیست. بلکه اتم‏‌های سطحی به دلیل آزادی فضایی بیشتری که در اختیار دارند، دامنه‏ نوسان بیشتری نیز دارند. به این ترتیب می‌‏توان رفتار عجیب جامدات در کاهش دمای ذوبشان را توضیح داد. برای اینکه بتوانیم در مورد نقطه‏ ذوب یک ماده‏ جامد صحبت کنیم، بهتر است، ابتدا تعریف یکسانی برای نقطه‏ ذوب ماده داشته باشیم. برای این کار می‌‏توانیم شرط یا معیار ذوب شدن ماده را تعریف کنیم.
دانشمندان و مهندسان به منظور تشخیص رخ دادن برخی پدیده‌‏ها در حین بررسی رفتار مواد، از معیارهایی استفاده می‏‌کنند. معیارها عبارتند از معادلات ریاضی عموما ساده که تغییرات برخی عوامل موثر بر رفتار ماده را در نظر می‏‌گیرند. معیارهای ترسکا و فون مایزز در مشخص کردن شرایط تسلیم یک ماده تحت اعمال نیرو و معیار لیندمان برای مشخص کردن تبدیل فازی از جامد به مایع در مواد از این دسته معیارها هستند. این معیارها در شبیه‏‌سازی رفتار مواد بسیار مهم و کاربردی هستند.

بر اساس معیاری که لیندمان در سال 1910 ارائه داد، هنگامی‏‌که میانگین نوسان‏‌های اتمی ماده به مقدار مشخصی (به نسبت فاصله‏ تئوری بین اتم‏‌های ماده در بلور جامد یا همان ثابت شبکه) برسد، ماده را ذوب شده در نظر می‏‌گیریم. به بیان دقیق‏تر، این طور فرض می‏‌شود که با رسیدن مقدار میانگین دامنه‏ ارتعاشات اتمی به ضریب مشخصی از مقدار ثابت شبکه، این ارتعاشات دیگر نمی‌‏توانند بدون آسیب رساندن و تخریب شبکه، افزایش یابند. بنابراین با افزایش میانگین دامنه‏ ارتعاشات به مقادیر بیش‏تر، ماده از قالب شبکه‏ بلوری خارج شده و ذوب می‏‌شود.
با توجه به توضیحات ارائه شده در بالا، اتم‌‏های سطحی، میانگین نوسان‏‌های بالاتری دارند و اگر تعداد اتم‌‏های سطحی زیاد شود، می‌‏توانند بر میانگین دامنه‏ نوسان‌‏های کل اتم‏‌های ماده تاثیر واضحی بگذارند. بنابراین با کوچک شدن ابعاد ماده تا حدی که نسبت تعداد اتم‏‌های سطح به تعداد اتم‏‌های حجم به مقدار چشمگیری برسد، میانگین دامنه‏ نوسان‏های اتمی افزایش قابل ملاحظه‌‏ای خواهد یافت، در این شرایط با افزایش ناپایداری سطحی ماده، دمای ذوب ماده کاهش پیدا خواهد کرد. در واقع شرایط مورد نیاز برای برقراری معیار لیندمان (مقدار مشخصی از میانگین نوسان‏‌های اتمی) در دماهای کمتری تامین خواهد شد. در شکل زیر، روند کاهش نقطه‏ ذوب را بر حسب کاهش اندازه‏ ذرات ماده مشاهده می‏‌کنید.

شکل 1- تغییرات مقدار نقطه ذوب در مقابل کاهش اندازه ذره‏ طلا

در این مقاله مشاهده نمودیم که اتم‌‏های سطحی که تحت قید تعداد کمتری از اتم‏‌های ماده قرار دارند، می‌‏توانند بر رفتار ماده بسیار تاثیرگذار باشند. البته این مباحث را می‏‌توان در قالب نظریه‏‌های دقیق‏تر علمی و با ارائه‏ روابط و تحلیل‏‌های ریاضیاتی و آماری به طور مفصل‏‌تری مورد بررسی قرار داد. اما بیان و توضیح این موارد خارج از هدف نگارش این سری از مقالات (بیان ساده و مثال‏‌گونه‏ رخدادهای دنیای نانومتری) ‏است.
در مقالات بعدی، با رفتار اتم‏‌های سطحی بیشتر آشنا می‌‏شویم.
 

در مقاله‌ی قبل آموختیم که راه‌هایی برای افزایش سطح ماده و آوردن اتم‌های آن از داخل حجم به سطح وجود دارد. هم‌چنین آموختیم که با افزایش سطح ماده، خواص آن تغییر می‌کند. درک این‌که چرا واکنش‌پذیری شیمیایی ماده با افزایش سطح آن بیش‌تر می‌شود، بسیار ساده است. اما این سوال پیش می‌آید که، چرا این موضوع در ابعاد نانومتری اهمیت بسیار بالایی پیدا کرده است و چرا خواص مختلف ماده در این ابعاد دست‌خوش تحولات زیادی می‌شود؟ چنانچه ماده‌ای با مقیاس چند ده متری را کوچکتر کرده و به ابعاد میلی‌متری برسانیم، هیچ تغییری در نقطه‌ی ذوب، رنگ و خواص مغناطیسی آن ایجاد نمی‌شود. اما این تغییر در هنگام کوچک‌تر کردن ماده تا ابعاد نانومتری دیده می‌شود.
کلید حل این مساله در این جاست که تعداد اتم‌های سطحی در مواد با مقیاس‌های بزرگ‌تر از نانومتر، بسیار ناچیز است، اما با ورود به دنیای نانومتری، مقدار این اتم‌ها نسبت به کل اتم‌های ماده، بسیار زیاد می‌شود. برای بررسی دقیق‌تر و درک این موضوع، به جدول 1 دقت کنید.

 جدول 1. درصد اتم‌های سطحی خوشه‌های اتمی با تعداد پوسته‌های متفاوت

تعداد پوسته‏ های خوشه	شکل خوشه	تعداد اتم‌های سطحی	تعداد کل اتم‏ها	درصد اتم‏های سطحی
يک پوسته		12	13	92
دو پوسته		42	55	76
سه پوسته		92	147	63
چهار پوسته		162	309	62
پنج پوسته		252	561	45
هفت پوسته		492	1415	35

در این جدول، تعداد پوسته‌ها، شکل خوشه، تعداد اتم‌های سطحی، تعداد کل اتم‌ها و درصد اتم‌های سطحی مربوط به هر خوشه آورده شده است. این خوشه‌ها در متراکم‌ترین حالت ممکن در نظر گرفته شده‌اند. مشاهده می‌شود در حالتی که خوشه‌ی اتمی از یک پوسته تشکیل شده باشد، 92% اتم‌های آن در سطح قرار دارند. اگر قطر هر اتم را 5 آنگستروم در نظر بگیریم، قطر این خوشه برابر با nm1.5 می‌باشد. در حالت سه پوسته‌ای، و با قطر خوشه برابر با nm3.5، معادل 63% از اتم‌ها در سطح قرار گرفته‌اند. یعنی با افزایش اندازه‌ی ذرات از nm1.5 به nm3.5، از درصد اتم‌های سطحی به مقدار 29% کاسته شده است. برای مقایسه، این تغییر را در هنگام گذار از حالت پنج پوسته‌ای (قطر خوشه برابر با nm5.5) به حالت هفت پوسته‌ای (قطر خوشه برابر با nm7.5) در نظر بگیرید. مقدار اتم‌های سطحی با کاهش 10% از مقدار 45% به 35% می‌رسد. بنابراین؛ هرچه اندازه ذرات کوچک‌تر باشد، تاثیر کاهش اندازه ذرات بر مقدار اتم‌های سطحی بیش‌تر می‌شود. با یک محاسبه‌ی ساده متوجه می‌شوید که در موادی با ابعاد میکرومتر و متر، مقدار اتم‌های سطحی نسبت به اتم‌های کل ِ ماده، بسیار ناچیز و تقریبا برابر با صفر است. بنابراین، تاثیر این اتم‌ها بر خواص ماده بسیار ناچیز است. اما در مقیاس‌های نانومتری، درصد این اتم‌ها بسیار زیاد است و می‌توانند نقشی تعیین کننده در خواص مواد داشته باشند. به نظر می‌رسد عاملی که بسیاری از خواص نانومواد را کنترل می‌کند، رفتار اتم‌های سطحی و مقدار آنهاست. در اینجا سوالی را مطرح می‌کنیم و در ادامه، به توضیح آن می‌پردازیم.

پرسش 8: در مواد بزرگ‌تر از نانومتر، تعداد اتم‌های سطحی ماده ناچیز بوده و نقش آنها در تعیین خواص مواد نادیده گرفته می‌شد. اما با کاهش اندازه‌ی ذرات و افزایش نسبت اتم‌های سطحی، نقش آنها پررنگ‌تر شده و خواص مواد دچار دگرگونی می‌شود. سوالی که پیش می‌آید این است که: اتم‌های سطحی چه ویژگی‌های متفاوتی از اتم‌های درون حجم ماده دارند؟ در حالی‌که از نظر علم شیمی، از جنس همان اتم‌های داخل حجم ماده می‌باشند. آیا محل قرار گرفتن یک اتم در ماده می‌تواند بر خواص و رفتار آن تاثیرگذار باشد؟

همان‌طوری که می‌دانید، در یک ماده‌ی جامد، هر اتم در محل مشخصی نسبت به دیگر مواد قرار گرفته است. در مواد بلوری، با توجه به جنس ماده، فواصل بین اتم‌ها کاملا قابل محاسبه و مشخص هستند. در اطراف هر یک از این اتم‌ها، تعداد مشخصی اتم دیگر با فواصل معین قرار گرفته است. این اتم با برخی از اتم‌های اطراف که کمترین فاصله را با آن دارند، در ارتباط مستقیم است. طبق تعریف، تعداد این اتم‌ها را عدد هم‌سایگی، عدد هم‌آرایی یا عدد کوئوردیناسیون می‌گوییم.
 

در بلور نمک طعام (شکل 1) عدد هم‌سایگی برای اتم‌های سدیم و کلر برابر با 6 می‌باشد. اما نکته‌ای وجود دارد که باید به آن توجه کرد. یک بلور نمک طعام، اندازه‌ی محدودی دارد. یک وجه این بلور را در نظر بگیرید، به نظر شما تعداد نزدیک‌ترین همسایه‌های اتم های موجود روی این سطح، برابر با 6 است؟
همان‌طور که می‌دانید، این اتم‌ها تنها از یک طرف با دیگر اتم‌های بلور در ارتباط هستند. اگر یک بلور نمک طعام را در حالت کاملا ایده‌آل و کامل (بدون نقص) در نظر بگیریم، نزدیک‌ترین هم‌سایه‌های اتم مستقر بر روی وجه، برابر با 5، برای اتم مستقر بر روی یال، برابر با 4 و برای اتم موجود در رأس این مکعب، برابر با 3 می‌باشد (شکل 1).

شکل 1. بلور نمک طعام

بنابراین، در مسیر رسیدن به پاسخ پرسش 8، به این نتیجه رسیدیم که عدد هم‌سایگی اتم‌های سطحی ماده با دیگر اتم‌های آن متفاوت است. برای پاسخ دادن به پرسش 8، باید به یک پرسش دیگر نیز پاسخ دهیم:

پرسش 9: آیا عدد هم‌سایگی یک اتم در تعیین خواص آن نقش دارد؟
 

در مقاله‌ی قبلی آموختیم که عوامل مختلفی در تعیین خواص و رفتار مواد نقش دارند. از این عوامل به عدد اتمی، عدد جرمی، آرایش الکترونی، ساختار بلوری و شرایط محیطی اشاره نمودیم. علاوه بر این عوامل، موارد دیگری نیز وجود دارند که به مقدار سطح ماده بستگی زیادی دارند. اکنون به ادامه‌ی این بحث می‌پردازیم.
سطح در فناوری نانو اهمیت بسیار بالایی دارد و همه‌جا از اثر سطح یا نسبت سطح به حجم صحبت می‌شود. در این مقاله، ابتدا در قالب مثال‌هایی اهمیت سطح را بیان می‌کنیم و تا حدودی تاثیر مقدار سطح را بر خواص ماده نشان می‌دهیم.
همان‌طور که می‌دانید، واکنش‌های شیمیایی در محلی اتفاق می‌افتند که ماده با محیط اطراف در تماس است. این محل همان سطح ماده است. واکنش از این منطقه شروع شده و سپس تحت شرایطی به عمق نفوذ می‌کند. برای بررسی بیشتر، اکسید شدن آلومینیوم را در نظر بگیرید. یک قطعه‌ی آلومینیومی سطحی کدر دارد که در صورت سمباده زدن آن، لایه‌های زیرین که بسیار شفاف هستند، پدیدار می‌شوند. این لایه‌های بسیار شفاف، همان آلومینیوم می‌باشند. اما این سطح براق به سرعت به سطحی کدر و مات تبدیل می‌شود. بررسی‌ها نشان داده است که، این لایه‌ی بسیار نازک و کدر، ترکیبی از اکسیژن و آلومینیوم است. آلومینا یا اکسید آلومینیوم (Al2O3) یک ماده‌ی سرامیکی بسیار سخت است که به شکل یک لایه‌ی پیوسته، روی سطح آلومینیوم را می‌پوشاند. این لایه از تماس لایه‌های زیرین (که از آلومینیوم هستند) با هوای اطراف جلوگیری می‌کند. بنابراین، واکنش اکسایش آلومینیوم ادامه پیدا نمی‌کند و بقیه‌ی ماده از اکسید شدن حفظ می‌گردد.

پرسش 4: طبق مطالب بیان شده، با تشکیل لایه‌ی اکسید روی ِ آلومینیوم، این ماده از نظر شیمیایی غیرفعال شده، و واکنش متوقف می‌شود. به نظر شما این پدیده دارای چه مزیت‌ها و مضراتی است؟

اکسید شدن آهن با اکسید شدن آلومینیوم تفاوت دارد. اگر دقت کرده باشید، زنگ آهن، ماده‌ای است قرمز رنگ که به راحتی می‌شکند و می‌ریزد. این ماده به راحتی از روی آهن جدا می‌شود و بنابراین، اکسیژن به قسمت‌های داخلی و به زیر لایه‌ی اکسیدی نفوذ کرده و واکنش اکسایش ادامه میابد. به گونه‌ای که ادامه‌ی روند این واکنش منجر به تخریب کامل قسمتی از قطعه‌ی فولادی شده و در نهایت، موجب انهدام آن می‌شود.
بنابراین، اگر بخواهیم به دنبال ادامه دادن یک واکنش باشیم، باید راهی برای نفوذ به درون آن ماده بیابیم. یک راه، انتقال مواد از درون حجم ماده به سطح آن است. برای این کار (دسترسی به قسمت‌های داخلی حجم ماده) می‌توانیم مسیری را درون ماده تعبیه کنیم. این کار را می‌توان با ایجاد حفراتی که به هم متصل هستند و تا سطح ماده ادامه دارند انجام دهیم (شکل 1). به این مواد که ساختاری اسفنج مانند دارند، مواد متخلخل یا فوم می‌گوییم. در طبیعت نیز می‌توان مواد متخلخل را به وفور مشاهده کرد. زئولیت‌ها موادی از این دسته هستند. از مواد متخلخل مصنوعی نیز می‌توان به فوم‌های فلزی اشاره نمود که امروزه کاربردهای بسیاری در صنایع دارند. از مواد متخلخل می‌توان برای کاتالیز واکنش‌های شیمیایی، فیلترهای مایعات و فیلترهای هوا استفاده نمود. بنابراین، هرچه اتم‌های بیشتری در سطح باشند، واکنش‌های شیمیایی با سهولت بیشتری رخ می‌دهند. این رویداد برخی موارد مفید، و در برخی موارد مضر است. 

شکل 1. طرحی از مواد متخلخل

پرسش 5: آیا می‌توانید کاربردهای واکنش‌های شیمیایی مواد را نام ببرید؟ چه مواقعی نیاز داریم تا از واکنش‌های شیمیایی مواد جلوگیری کنیم؟

یک راه دیگر، کوچک‌تر کردن اندازه‌ی مواد واکنش‌دهنده است. برای بیان این موضوع، توضیحات را در قالب یک مثال ادامه می‌دهیم. ممکن است مطالبی را در رابطه با سوخت‌های جامد شنیده باشید. سوخت‌های جامد مانند پودر آلومینیوم در برخی کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از این کاربردها، استفاده به عنوان سوخت موشک است. همان‌گونه که قبلاً نیز گفته شد، آلومینیوم واکنش‌پذیری بالایی دارد و به سرعت اکسید می‌شود. پودرهای ریز آلومینیوم بر اثر واکنش با اکسیژن، به شدت آتش می‌گیرند و گرمای زیادی آزاد می‌کنند.

پرسش 6: به نظر شما اندازه‌ی پودرهای آلومینیوم چه تاثیری بر میزان انرژی آزاد شده و در نتیجه بازده سوخت دارد؟
برای پاسخ به این پرسش، شکل 2 را در نظر بگیرید. در این شکل فرض کرده‌ایم که پودر آلومینیوم به شکل کره است. در صورتی که این ذره‌ی پودر در معرض اکسیژن قرار بگیرید و واکنش دهد، یک لایه از اکسید آلومینیوم روی آن قرار می‌گیرد. با توجه به آنچه در مورد اکسید آلومینیوم گفته شد، این لایه‌ی تشکیل شده، از ادامه‌ی واکنش اکسایش جلوگیری می‌کند و مقدار زیادی از قسمت‌های داخلی این ذره‌ی پودری، از واکنش در امان می‌ماند. اما در صورتی‌که اندازه‌ی این ذره کمتر باشد، مقدار بسیار کمتری از آن دست نخورده باقی می‌ماند. بنابراین، مقدار بیشتری از سوخت جامد مصرف شده و بازده بیشتر می‌شود.

شکل 2. مقایسه‌ی بین اکسید شدن ذرات آلومینیوم با اندازه‌های مختلف

علاوه بر این مثال، اندازه‌ی ذرات مورد استفاده در صنایع شیمیایی (اندازه‌ی ذرات کاتالیست)، ریخته‌گری (اندازه‌ی افزودنی‌ها به مذاب) و صنایع کامپوزیت (اندازه‌ی ذرات تقویت کننده) از اهمیت بالایی برخوردار است.
به طور خلاصه، برای در دسترس قرار دادن مقدار بیشتری از یک ماده، یا باید آن را به شکل متخلخل داشته باشیم، و یا اندازه‌ی ذرات آن را کوچک‌تر کنیم. در هر دو روی‌کرد، در واقع؛ مقدار بیشتری از ماده روی سطح قرار می‌گیرد، و یا می‌توان گفت که نسبت سطح به حجم افزایش یافته است. اهمیت سطح تنها در واکنش‌های شیمیایی مطرح نیست، بلکه برهم‌کنش‌های فیزیکی و مکانیکی ماده با محیط نیز از طریق سطح انجام می‌گیرد. از این موارد می‌توان به پدیده‌های اصطکاک و انتقال حرارت اشاره نمود. بنابراین، تغییر مقدار سطح ماده می‌تواند بر این پدیده‌ها تاثیر بگذارد.
در پایان این مقاله و برای شروع مقاله‌ی بعدی، چند سوال مهم را مطرح می‌کنیم.

پرسش 7: آیا همیشه با کوچکتر شدن اندازه‌ی ماده، خواص آن تغییر می‌کند؟ این خواص شامل چه مواردی هستند؟

ريزساختار چيست؟
با شناختي که نسبت به ساختار مواد پيدا کرده‌ايد، ممکن است گمان کنيد موادي که ما به صورت توده‌اي در اطراف خود مي‌بينيم از گسترده‌تر شدن نظم ساختاري اوليه به وجود آمده‌اند. به عبارت ديگر ممکن است تصور شود که مواد توده‌اي، شکل گسترش يافته ساختار اوليه است و بنابراين تمامي خواص و رفتار ساختار اوليه را دارا خواهد بود. اين تصور با مشاهدات رفتاري مواد متفاوت است. به عنوان مثال در ساختار گرافيت ما انتظار داريم که استحکام در راستاهاي مختلف متفاوت باشد زيرا ساختار اوليه در جهت صفحات لانه زنبوري داراي استحکام بالا و در جهت عمود بر صفحات داراي استحکام کمي است. بنابراين گرافيت فقط در برخي جهات خاص مي‌بايست "قابليت حرکت لايه‌ها بر روي يکديگر" را داشته باشد. مي‌دانيم که از گرافيت به عنوان ماده اصلي مغز مداد استفاده مي‌شود و اثري که از مداد بر روي کاغذ باقي مي‌ماند در حقيقت لايه‌‌هاي نازک گرافيت است که با مالش نوک مداد بر روي کاغذ، از سطح آن کنده شده و بر روي کاغذ مي‌چسبد و همانطور که پيش‌تر اشاره شد لايه‌هاي گرافيت به دليل پيوند ضعيف ثانويه امکان لغزش و حتي جدا شدن از يکديگر را دارند. حالا سئوال اينجاست که اگر توده گرافيت گسترش همان ساختار اوليه گرافيت باشد، بايد مداد تنها در يک جهت خاص قابليت نوشتن داشته باشد زيرا ساختار گرافيت تنها لغزيدن لايه‌ها بر روي هم و کنده شدن آنها از توده و چسبيدن‌شان به سطح کاغذ را در جهت خاصي ميسر مي‌سازد و در غير از آن جهات خاص به دليل وجود پيوندهاي قوي درون لايه‌ها، امکان کنده شدن وجود نخواهد داشت. اين تعبير به آن معناست که مداد تنها در برخي جهات خاص مي‌نويسد و در ديگر جهات مداد نخواهد نوشت و اين تصور با تجربه هر روزه ما از بکارگيري مداد متفاوت و متناقض است زيرا به تجربه دريافته‌ايم که مداد در تمامي جهات مي‌نويسد. ما مداد را در هر زاويه و هر جهتي نسبت به کاغذ حرکت دهيم مداد خواهد نوشت. پس دليل اين تناقض چيست؟ آيا ساختار گرافيت آنگونه که گمان مي‌کنيم نيست؟ و يا اينکه توده گرافيت چيزي غير از گسترش يکنواخت و هماهنگ ساختار گرافيت است؟

شکل 1- طرحي ساده از ريزساختار ايده‌آل گرافيت

براي درک درست از رفتار توده‌اي مواد لازم است که با ريزساختار آنها آشنا بشويم. با بررسي ميکروسکوپي گرافيت درمي‌يابيم‌ که توده گرافيت يکپارچه نيست بلکه اين توده متشکل از دانه‌هاي بسياري است که هر يک به صورت مستقل و جدا از يکديگر در درون خود داراي ساختار گرافيت هستند. به عبارت ديگر توده گرافيت را مي‌توان اجتماع بي‌نظمي از بخش‌هايي که هر يک داراي ساختار گرافيت هستند، دانست.

شکل 2- طرحي ساده از ريزساختار واقعي گرافيت

تفاوت اين نوع ريزساختار از نوعي که پيش‌تر تصور مي‌کرديم، يعني يک توده گسترده از ساختار گرافيت، در دامنه نظم آنهاست. در تصور اول ما توده گرافيت را يک ساختار يکپارچه و منظم از ساختار گرافيت که در تمام توده گسترش يافته مي‌دانستيم در اين حالت نظم حاکم بر ساختار، يک نظم با دامنه بلند که تمام توده را مي‌پوشاند در نظر گرفته مي‌شود اما در عمل نظم ساختار گرافيت به صورت محلي و با دامنه‌هاي کوتاه مشاهده مي‌شود. اين بي‌نظمي در قرار گرفتن توده‌هاي داراي ساختار گرافيت باعث مي‌شود. تنوع و گوناگوني فراواني در بخش‌هاي گرافيت که هر يک زاويه و جهت خاصي دارند، وجود داشته باشد. بنابراين هميشه بخش‌هايي که زاويه و جهت مناسب براي حرکت و کنده شدن لايه‌ها را دارند، وجود خواهد داشت و ما بدون نگراني از جهت و زاويه قرار گرفتن مداد مي‌توانيم از نوشتن آن مطمئن شويم.
نتيجه‌گيري
عوامل تاثيرگذار در خواص توده‌اي مواد را به صورت اجمالي و ساده شناختيم. اين عوامل عبارت بودند از عناصر تشکيل دهنده مواد، ساختار مواد و ريزساختار مواد. به صورتي ساده مي‌توانيم خواص توده‌اي مواد را مشابه با خصوصيات يک شهر بدانيم. عناصر تشکيل دهنده مواد به صورت مصالح بکار گرفته شده در ساختمان‌هاي شهر، ساختار مواد که چگونگي قرارگرفتن عناصر در کنار يکديگر و اتصالات ميان آنها را مشخص مي‌کند به صورت ساختمان‌هاي شهر و ريزساختار که چگونگي کنار هم قرار گرفتن ساختار ميکروسکوپي را معين مي‌کند، به صورت الگوهاي شهرسازي در نظر گرفته مي‌شود. با اين تشبيه خصوصيات يک شهر نه تنها به مصالح(ترکيب شيميايي بکار رفته در آن) بلکه به معماري ساختمان‌ها(ساختار) و نحوه شهرسازي(ريزساختار) نيز بشدت وابسته خواهد بود.

مقدمه
شايد تا بحال از خود پرسيده باشيد که چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخي از آن‌ها محکم تر از سايرين هستند؟ چرا برخي از مواد رسانا و برخي نارسانا؟ چرا نور مي‌تواند از بعضي از مواد عبور ‌کند و از بعضي ديگر نه؟
سئوالاتي از اين دست ذهن را متوجه تفاوت‌‌هاي مواد از نظر خواص مي‌‌کند و ما را در رابطه با علت اين تفاوت‌‌ها، به تفکر بيشتر وادار مي‌‌کند. با اطلاعاتي که ما از ساختمان عناصر و تفاوت‌‌هاي موجود در عناصر داريم شايد گمان کنيم که تفاوت‌‌‌‌هاي موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت‌‌هاي عناصر تشکيل دهنده آنها است. با اين تفکر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشکيل دهنده خود خواهند بود و تمامي ويژگي‌‌هاي رفتاري مواد با شناخت عناصر تشکيل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر اين اساس مشخص شدن عناصر تشکيل دهنده يعني تعيين ترکيب شيميايي همه اسرار مربوط به خصوصيات مواد را آشکار مي‌‌کند. براستي با دانستن ترکيب شيميايي، خواص مواد معلوم خواهد شد؟
با کمي دقت و توجه به ترکيبات شيميايي مواد پيرامون خويش در مي‌‌يابيم که بسياري از آنها با وجود اين که در رفتار و خواص با يکديگر بسيار متفاوتند، داراي عناصر تشکيل دهنده و ترکيب شيميايي يکسان مي‌باشند و برخي ديگراز مواد با داشتن عناصر تشکيل دهنده و ترکيب شيميايي متفاوت با يکديگر، داراي خواص و رفتار مشابهي هستند. پس چه چيزي بجز ترکيب شيميايي موجب تفاوت در رفتار مواد مي‌‌شود؟
براي جواب اين سئوال لازم است که بيشتر با ساختار و ويژگي‌هاي مواد آشنا شويم.
ساختار مواد چيست؟
ساختار مواد ارتباط بين اتم‌‌ها، يون‌‌ها و مولکول‌‌هاي تشکيل دهنده آن مواد را مشخص مي‌‌کند. براي شناخت ساختار مواد ابتدا بايد به نوع اتصالات بين اتم‌‌ها و يون‌‌ها پي برد. به طور حتم با پيوندهاي شيميايي آشنايي داريد. پيوندهاي شيميايي نحوه اتصال ميان اتم‌‌ها و يون‌‌ها را مشخص مي‌‌کنند. بنابراين تفاوت پيوندهاي شيميايي مختلف را در ويژگي‌هاي اين پيوندها مي‌‌توان مشاهده کرد. به عنوان مثال در نمک طعام به دليل وجود پيوند يوني که منجر به محصور شدن الکترون‌‌ها مي‌‌شود، خاصيت "رسانايي" مشاهده نمي‌شود زيرا الکترون‌‌ها که حامل و انتقال دهنده‌ي بار الکتريکي هستند، به دليل محصور شدن امکان حرکت ندارند و چيزي براي انتقال بار الکتريکي در ميان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دليل وجود پيوند فلزي که موجب آزادي الکترون‌‌ها مي‌‌شود و امکان تحرک الکترون‌‌ها را فراهم مي‌‌نمايد، مي‌‌توانيم خاصيت رسانايي را انتظار داشته باشيم. زيرا الکترون‌‌هاي آزاد، امکان انتقال بار الکتريکي را در طول ماده فراهم مي‌آورند. همانطور که ذکر شد اطلاع از نوع پيوندهاي اتمي مي‌‌تواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد کمک کند. اما آيا تنها با دانستن نوع پيوندها تمامي خواص و رفتار يک ماده را مي‌‌توان پيش‌‌بيني کرد؟
براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه مي‌‌کنيم. همانطور که مي‌‌دانيد گرافيت و الماس هر دو از اتم‌‌هاي کربن تشکيل شده‌‌اند و هر دو "ريخت‌‌هاي" مختلفي از عنصر کربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يکديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سخت‌‌ترين ماده طبيعي معرفي مي‌‌گردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به کار گرفته مي‌‌شود! تفاوت رفتار و خواص گرافيت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتم‌‌هاي کربن نمي‌‌توان نسبت داد زيرا در هر دو شکل اين ماده - که تنها داراي اتم‌‌هاي کربن است - يک نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلکه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شکل کربن است. در گرافيت اتم‌‌هاي کربن شش ضلعي‌‌هاي پيوسته‌‌اي شبيه به يک لانه زنبور تشکيل مي‌‌دهند که در يک سطح گسترده شده است. لايه‌‌هاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشکيل مي‌‌دهند که به آن گرافيت مي‌‌گوييم. واضح است که در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: يک نوع اتصال، اتصالي است که بين اتم‌‌هاي کربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند کوالانسي است. نوع دوم اتصالي است که لايه‌‌هاي لانه زنبوري را به يکديگر وصل مي‌کند. بديهي است که اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي دوم - که قدرت به هم پيوستگي لايه‌‌ها را مشخص مي‌‌کند - ضعيف‌‌تر از اتصال اوليه که يک پيوند کوالانسي است، خواهد بود. پس مي‌توان انتظار داشت که گرافيت، در جهت صفهات لانه‌زنبوري به دليل داشتن پيوند قوي کووالانسي استحکام بالايي داشته باشد؛ بالعکس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف ثانويه بين لايه‌ها، به مراتب کمتر از استحکام درون آنها، داراي مقاومت است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايه‌‌اي انتظار مي‌‌رود که با اعمال نيرويي بيشتر، لايه‌‌هاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يکديگر بلغزند.

شکل 1- ساختار گرافيت

<در مقابل ساختار لايه‌اي گرافيت، الماس داراي يک ساختار شبکه‌اي است. در گرافيت پيوندهاي اوليه يعني پيوندهاي اتمي تنها در يک سطح (در يک وجه) برقرار مي‌‌شود در حالي که در ساختار الماس اين پيوندها به صورت شبکه‌‌اي سه بعدي فضا را پر مي‌‌کنند. در ساختار گرافيت هر اتم کربن با سه اتم کربن ديگر اتصال اتمي از جنس کوالانسي ايجاد مي‌‌کند، در حالي که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن ديگر پيوند اتمي و از جنس کوالانسي برقرار مي‌نمايد.

شکل 2- ساختار الماس

با توضيحاتي که راجع به تفاوت‌‌هاي ساختاري گرافيت و الماس داده شد مشخص مي‌‌گردد که دليل نرمي گرافيت و سختي الماس در چيست. همانطور که ديديد ساختار با مشخص کردن نوع، تعداد و چگونگي پيوندهاي تشکيل دهنده مواد، تاثير به سزايي در خواص مواد دارد. بنابراين از طريق مطالعه در ساختار مواد، بسياري از رفتارها و خواص آنها را مي‌‌توان پيش‌‌بيني کرد. همچنين براي دستيابي به برخي از خواص مي‌‌توان ساختار متناسب با آنها را طراحي نمود.

برای مطالعه‌ی این مقاله هم باید حوصله داشته باشيد و هم به کشف اسرار حاکم بر دنیای نانو علاقه‌مند باشید!  تاکنون مطالب بسیاری را در مورد فناوری نانو مطالعه کرده و شنیده‌اید. اگر دقت کنيد تمامی اين مطالب بیان‌گر کشف و استفاده از خواص جالب و جديد گروهی از مواد است. خواصی که تا چند سال گذشته از وجود آن‌ها بی‌اطلاع بودیم و دستیابی به آنها (به شکلی که امروزه مد نظر ماست) امری محال به نظر می‌رسید. سوالی که پیش می‌آید آن است که چرا تا دیروز به وجود این مواد و این خواص ویژه پی نبرده بودیم و چرا امروزه این مواد با وجود ثابت بودن عدد اتمی (یکسان بودن عنصر) آنها، خواص متفاوتی از خود بروز می‌دهند. در این مجموعه مقالات تلاش می‌کنیم تا با توضیح برخی موارد مهم در تعیین خواص، پاسخی برای این سوالات بیابیم. در این مجموعه مقالات درمی‌یابیم که عوامل متعددی در تعیین خواص مواد نقش دارند و همچنین این عوامل ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. در این مجموعه با برخی محاسبات بسیار ساده مواجه می‌شویم، ممکن است تصور کنید که انجام آنها کسل کننده و حتی بی فایده است، اما با کمی حوصله و انجام این محاسبات ساده، می‌توانید به خوبی تاثیر ابعاد نانو بر ویژگی‌‌های ماده را درک کنید. بنابراین تلاش کنید تا محاسبات را انجام دهید و از این طریق با اصول انجام این محاسبات که در فهم موضوع مورد بحث موثر است، آشنا شوید. همچنین تلاش کنید تا به پرسش‌های مطرح شده، قبل از مطالعه‌ی ادامه‌ی متن، پاسخ دهید. در اولین مقاله از این سری، به بیان برخی عوامل موثر بر خواص مواد می‌پردازیم که از گذشته شناخته شده بودند. برای شروع بحث، پرسیدن این سوال لازم است: پرسش1: چه عواملی را می‌شناسید که بر خواص مواد تاثیر می‌گذارند؟ قبل از مطالعه‌ی ادامه‌ی متن، تلاش کنید تا پاسخی برای این پرسش بیابید. مواردی را که به عنوان پاسخ می‌یابید، در کنار یکدیگر یاداشت کرده و نحوه‌ی تعیین خواص يک ماده توسط آنها را پیدا کنید. بسيار خوب است اگر بتوانيد ارتباط میان اين عوامل را هم بررسی کنيد. * * * یکی از مواد بسیار پرکاربرد و مهم در صنایع پیشرفته (مانند صنایع تولید انرژی هسته‏ای)، آب سنگین است. برای آشنا شدن با آب سنگین، لازم است دوتریوم را بشناسيم. شما با اتم هیدروژن آشنا هستید. اتم بسيار کوچکی که ابعادی در حدود 1 آنگستروم دارد. این اتم شامل یک پروتون مستقر در هسته، و یک الکترون است. اکنون تصور کنید که یک نوترون نیز در کنار این پروتون در هسته قرار داشته باشد، در این صورت ماده حاصل چه خواهد بود؟ آنگستروم یکی از واحدهای اندازه‌گیری طول است که مقدار آن برابر با 0.1 نانومتر است. از این واحد برای بیان اندازه اتمها و پیوندهای اتمی ‏استفاده می‌شود. می‌دانید که عدد اتمی يک عنصر، برابر با تعداد پروتو‏های آن اتم است. بنابراین عدد اتمی ماده جديدی که از افزودن يک نوترون به هيدروژن بدست آورديم، همانند هيدروژن برابر با یک است. اما از آنجایی‌که جرم نوترون تقریبا هم اندازه با پروتون است، عدد جرمی این اتم برابر با دو است. یعنی یک اتم هیدروژن با جرمی تقریبا دو برابر. به این اتم، دوتریوم می‌گوییم و آن را به عنوان یکی از ایزوتوپ‌های هیدروژن می‌شناسیم. در صورتی‏که این اتم با اکسیژن ترکیب شود، آب سنگین به دست می‌آید. بنابراین علاوه بر تعداد پروتون‌ها و عدد اتمی، تعداد نوترون‌های اتم‌ها و عدد جرمی آنها نیز در تعیین خواص آنها شرکت دارند. ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی هستند که اعداد اتمی (تعداد پروتون) برابر با یکدیگر داشته، اما به دلیل وجود اختلاف در تعداد نوترون‌هایشان، اعداد جرمی (مجموع تعداد نوترون و پروتون) متفاوتی دارند علاوه بر این دو مورد، بر اساس مطالبی که در مورد واکنش‌های شیمیایی و یا ساختار اتم‌ها (مدل اتمی) در درس شيمی خوانده‌ايم، می‌دانیم که حالت ترازهای انرژی الکترون‌های اطراف هر اتم و همچنین تعداد الکترون‌‌های لایه‌ی آخر آن نیز در تعیین خواص آن اتم یا ماده تاثیر گذار است. این ویژگی می‌تواند نقشی تعیین کننده در ساز و کار ترکیب شدن آن ماده (خواص شیمیایی) داشته باشد. برای مثال خواص یک یون فلزی با اتم آن فلز متفاوت است. دو دسته یون وجود دارد. کاتیون‌ها اتم‌هایی هستند که الکترون آنها جدا شده و در نتیجه دارای بار مثبت هستند. آنیون‌ها نیز اتم‌هایی هستند که با گرفتن تعدادی الکترون، دارای بار منفی شده‌اند تاکنون با نقش سه عامل عدد اتمی، عدد جرمی و آرایش الکترونی ماده در تعیین خواص ماده آشنا شده‌اید. اما موارد ديگری نيز وجود دارد.
شکل (1)- ساختار بلوری نمک طعام، در این تصویر گلوله‌های بنفش بیانگر اتم‌های سدیم و گلوله‌های سبز بیانگر اتم‌های کلر هستند.  این ساختار در قالب بک شبکه‌ی مکعبی شکل گرفته است.
همه‌ی ما با ساختار نمک طعام (NaCl) آشنا هستیم (شکل 1) و شکل مکعبی دانه‌های نمک را در کتاب شيمی دیده‌ایم. برخی از ما می‌دانيم که نمی‌توان برای نمک یک مولکول در نظر گرفت. بلکه نمک به شکل یک جامد بلورین است که از قرار گرفتن منظم اتم‌های Na و Cl در کنار یکدیگر به وجود آمده است. به این طرز قرار گرفتن اتم‌های تشکیل دهنده‌ی نمک در کنار یکدیگر، یک شبکه بلوری می‌گوییم. علاوه بر ترکیباتی مثل نمک، عناصر خالص مانند آهن (Fe) نیز می‌توانند در این ساختارهای منظم بلورین قرار بگیرند. آهن یک فلز چند شکلی است. به این معنی که در فشار یک اتمسفر با افزایش دما، شبکه‌ی بلوری آن تغییر می‌کند. آهن در دماهای بین صفر مطلق تا 912 درجه‏ی سانتی گراد (آهن آلفا یا فریت) ساختار متفاوتی با آهن در گستره‌ی دمایی بین 912 تا 1394 درجه سانتی گراد (آهن گاما یا آستنیت) دارد. این تفاوت در شکل 2 نشان داده شده است. الف ب شکل (2)- الف- ساختار بلوری آهن آلفا؛ ب- ساختار بلوری آهن گاما آهن‌های آلفا و گاما خواص متفاوتی از یکدیگر دارند. بنابراین می‌توان گفت که یکی دیگر از عوامل موثر بر خواص ماده، ساختار بلوری آن است. برای کسب اطلاعات بيشتر می‌توانيد مقاله‌های مرتبط را از کنار صفحه بخوانيد. در این مقاله به بیان مختصر برخی عوامل شناخته شده بر خواص مواد پرداختیم. در مقالات بعدی به توضیح عواملی که با سطح مواد در ارتباط هستند و تاثیر زیادی در پیدایش خواص جدید در دنیای نانو دارند، خواهیم پرداخت. اما پيش از آن در پايان اين مقاله دو سوال مطرح می‌کنيم. پاسخ اين سوال‌ها به موضوعاتی که با هم بررسی کرديم، مرتبط است و فکر کردن شما به آنها می‌تواند کمک بسياری به فهم بهتر اين مطالب کند. البته برای يافتن جواب دقيق احتياج به اندکی مطالعه نيز داريد. پرسش 2: دو شکل از عنصر کربن که در طبیعت وجود دارد، الماس و گرافیت است. اما همان‌گونه که می‌دانید، خواص این دو ماده در برخی موارد با هم تفاوت زیادی دارد. به نظر شما دلیل این تفاوت در چیست؟ پرسش 3: آهن خالص تا دمای 770 درجه‏ی سانتی گراد خاصیت آهنربایی دارد. اما در دماهای بالاتر این خاصیت خود را از دست می‌دهد. دمای یاد شده به دمای کوری (Curie) معروف است و به آهن در دماهای بین 770 تا 912 درجه سانتی گراد، آهن بتا نیز می‌گویند. بنابراین علاوه بر ساختار بلوری، شرایط محیطی نیز می‌تواند بر خواص مواد تاثیرگذار باشد. به نظر شما چه عاملی موجب از بین رفتن خاصیت آهنربایی آهن خالص در دماهای بالاتر از دمای کوری می‌شود؟

پس از کلی دردسر با پسر مورد علاقه ام ازدواج کردم…

ما همدیگرو به حد مرگ دوست داشتیم

سالای اول زندگیمون خیلی خوب بود…

اما چند سال که گذشت کمبود بچه رو به

وضوح حس می کردیم…

می دونستیم بچه دار نمی شیم…

ولی نمی دونستیم که مشکل از کدوم یکی از ماست…

اولاش نمی خواستیم بدونیم…

با خودمون می گفتیم…

عشقمون واسه یه زندگی رویایی کافیه…

بچه می خوایم چی کار؟…

در واقع خودمونو گول می زدیم…

هم من هم اون…هر دومون عاشق بچه بودیم…

تا اینکه یه روز علی نشست رو به رومو گفت…

اگه مشکل از من باشه …

تو چی کار می کنی؟…

فکر نکردم تا شک کنه که دوسش ندارم…

خیلی سریع بهش گفتم…من حاضرم به خاطر تو رو همه چی خط سیاه بکشم…

علی که انگار خیالش راحت شده بود یه نفس راحت کشید و از سر میز بلند شد و راه افتاد…

گفتم:تو چی؟ گفت:من؟

گفتم:آره… اگه مشکل از من باشه… تو چی کار می کنی؟

برگشت…زل زد به چشام…گفت: تو به عشق من شک داری؟…

فرصت جواب ندادو گفت: من وجود تو رو با هیچی عوض نمی کنم…

با لبخندی که رو صورتم نمایان شد

خیالش راحت شد که من مطمئن شدم اون هنوزم منو دوس داره…

گفتم:پس فردا می ریم آزمایشگاه…

گفت:موافقم…فردا می ریم…

و رفتیم… نمی دونم چرا اما دلم مثل سیر و سرکه می جوشید…

اگه واقعا عیب از من بود چی؟…

سر خودمو با کار گرم کردم تا دیگه فرصت فکر کردن به این حرفارو به خودم ندم…

طبق قرارمون صبح رفتیم آزمایشگاه…

هم من هم اون…هر دو آزمایش دادیم…

بهمون گفتن جواب تا یک هفته دیگه حاضره…

یه هفته واسمون قد صد سال طول کشید…

اضطرابو می شد خیلی اسون تو چهره هردومون دید…

با این حال به همدیگه اطمینان می دادیم که جواب ازمایش واسه هیچ کدوممون مهم نیست…

بالاخره اون روز رسید…

علی مثل همیشه رفت سر کار و من خودم باید جواب ازمایشو می گرفتم…

دستام مثل بید می لرزید…

داخل ازمایشگاه شدم…

علی که اومد خسته بود…

اما کنجکاو…ازم پرسید جوابو گرفتی؟

منم زدم زیر گریه…فهمید که مشکل از منه…

اما نمی دونم که تغییر چهره اش از ناراحتی بود…

یا از خوشحالی…

روزا می گذشتن و علی روز به روز نسبت به من سردتر و سردتر می شد…

تا اینکه یه روز که دیگه صبرم از این رفتاراش طاق شده بود…

بهش گفتم:علی… تو چته؟ چرا این جوری می کنی…؟

اونم عقده شو خالی کرد گفت: من بچه دوس دارم مهناز…مگه گناهم چیه؟…

من نمی تونم یه عمر بی بچه تو یه خونه سر کنم…

دهنم خشک شده بود… چشام پراشک… گفتم اما تو خودت گفتی همه جوره منو دوس داری…

گفتی حاضری بخاطرم قید بچه رو بزنی… پس چی شد؟

گفت:آره گفتم… اما اشتباه کردم… الان می بینم نمی تونم… نمی کشم…

نخواستم بحثو ادامه بدم… پی یه جای خلوت می گشتم تا یه دل سیر گریه کنم…

اتاقو انتخاب کردم…

من و علی دیگه با هم حرفی نزدیم… تا اینکه علی احضاریه اورد برام و گفت می خوام طلاقت بدم…

یا زن بگیرم… نمی تونم خرج دو نفرو با هم بدم… بنابراین از فردا تو واسه خودت…منم واسه خودم…

دلم شکست… نمی تونستم باور کنم کسی که یه عمر به حرفای قشنگش دل خوش کرده بودم…

حالا به همه چی پا زده…

دیگه طاقت نیاوردم

لباسامو پوشیدمو ساکمم بستم…

برگه جواب ازمایش هنوز توی جیب مانتوام بود…

درش اوردم یه نامه نوشتم و گذاشتم روش و هر دو رو کنار گلدون گذاشتم…

احضاریه رو برداشتم و از خونه زدم بیرون…

توی نامه نوشت بودم:

علی جان…سلام…

امیدوارم پای حرفت واساده باشی و منو طلاق بدی…

چون اگه این کارو نکنی خودم ازت جدا می شم…

می دونی که می تونم…
دادگاه این حقو به من می ده که از مردی که بچه دار نمی شه جدا شم…

وقتی جواب ازمایشارو گرفتم و دیدم که عیب از توئه…

باور کن اون قدر برام بی اهمیت بود که حاضر بودم برگه رو همون جاپاره کنم…

اما نمی دونم چرا خواستم یه بار دیگه عشقت به من ثابت شه…

توی دادگاه منتظرتم…امضا…مهناز!

پسر به دختر گفت اگه یه روزی به قلب احتیاج داشته باشی اولین نفری هستم که میام تا قلبمو با تمام وجودم تقدیمت کنم.

دختر لبخندی زد و گفت ممنونم

تا اینکه یک روز اون اتفاق افتاد..

حال دختر خوب نبود..

نیاز فوری به قلب داشت..

از پسر خبری نبود..

دختر با خودش میگفت :

میدونی که من هیچوقت نمیذاشتم تو قلبتو به من بدی و به خاطر من خودتو فدا کنی..

ولی این بود اون حرفات..

حتی برای دیدنم هم نیومدی…

شاید من دیگه هیچوقت زنده نباشم..

آرام گریست و دیگر چیزی نفهمید…

چشمانش را باز کرد..

دکتر بالای سرش بود.

به دکتر گفت چه اتفاقی افتاده؟

دکتر گفت نگران نباشید پیوند قلبتون با موفقیت انجام شده.

شما باید استراحت کنید..

درضمن این نامه برای شماست..!

دختر نامه رو برداشت.

اثری از اسم روی پاکت دیده نمیشد.

بازش کرد و درون آن چنین نوشته شده بود:

سلام عزیزم.

الان که این نامه رو میخونی من در قلب تو زنده ام.

از دستم ناراحت نباش که بهت سر نزدم

میدونستم اگه بیام هرگز نمیذاری که قلبمو بهت بدم..

پس نیومدم تا بتونم این کارو انجام بدم..

امیدوارم عملت موفقیت آمیز باشه.

(عاشقتم تا بینهایت)

دختر نمیتوانست باور کند..

اون این کارو کرده بود..

اون قلبشو به دختر داده بود..

آرام اسم پسر را صدا کرد و قطره های اشک روی صورتش جاری شد..

و به خودش گفت چرا هیچوقت حرفاشو باور نکردم…!

در روزگارهای قدیم جزیره ای دور افتاده بود که همه احساسات در آن زندگی می کردند

شادی، غم، دانش عشق و باقی احساسات.

روزی به همه آنها اعلام شد که جزیره در حال غرق شدن است.

بنابراین هر یک شروع به تعمیر قایقهایشان کردند.

اما عشق تصمیم گرفت که تا لحظه آخر در جزیره بماند.

زمانیکه دیگر چیزی از جزیره روی آب نمانده بود عشق تصمیم گرفت تا برای نجات خود از دیگران کمک بخواهد.

در همین زمان او از ثروت با کشتی با شکوهش در حال گذشتن از آنجا بود کمک خواست.

“ثروت، مرا هم با خود می بری؟”

ثروت جواب داد:

“نه نمی توانم، مفدار زیادی طلا و نقره در این قایق هست، من هیچ جایی برای تو ندارم.”

عشق تصمیم گرفت از غرور که با قایقی زیبا در حال رد شدن از جزیره بود کمک بخواهد.

“غرور لطفاً به من کمک کن.”

“نمی توانم عشق. تو خیس شده ای و ممکن است قایقم را خراب کنی.”

پس عشق از غم که در همان نزدیکی بود درخواست کمک کرد.

“غم لطفاً مرا با خود ببر.”

“آه عشق. آن قدر ناراحتم که دلم می خواهد تنها باشم.”

شادی هم از کنار عشق گذشت اما آنچنان غرق در خوشحالی بود که اصلاً متوجه عشق نشد.

ناگهان صدایی شنید:

“بیا اینجا عشق. من تو را با خود می برم.”

صدای یک بزرگتر بود. عشق آن قدر خوشحال شد که حتی فراموش کرد اسم ناجی خود را بپرسد.

هنگامیکه به خشکی رسیدند، ناجی به راه خود رفت.

عشق که تازه متوجه شده بود که چقدر به ناجی خود مدیون است از دانش که او هم از عشق بزرگتر بود پرسید:

” چه کسی به من کمک کرد؟”

دانش جواب داد: “او زمان بود.”

“زمان؟! اما چرا به من کمک کرد؟”

دانش لبخندی زد و با دانایی جواب داد:

“چون تنها زمان بزرگی عشق را درک می کند.”!

علاوه بر مزاج تیپ اشخاص، مزاج سن هم داریم، یعنی بدن افراد در سنین مختلف حالتهای متفاوتی را به خودش می‌گیرد. این حالتها به چهار دوران تقسیم می‌شوند:

1- دوران رشد یا نمو :

دوران رشد که از ابتدای تولد تا  15 سالگی است، در این مدت، رشد بدن به حد کمال می‌رسد و حرارت و رطوبت بر بدن غلبه می‌کند، در حقیقت این دوره، مزاجش گرم و تر است و این به این معنی نیست که مثلاً فردی که بیست سال دارد مزاج شخصی یا جبلی‌اش گرم و تر است بلکه، به این معنی است که این مقطع سنی نسبت به مقاطع سنی قبل و بعدش گرمی و تری زیادتری دارد، هرچند ممکن است این شخص مزاج جبلی‌اش سرد باشد، مثل بلغمی‌ها، در حقیقت مزاج تیپ فرد مزاج جبلیه مولودیه یا مادرزادی گفته می‌شود ولی این مزاج را مزاج سن می‌گوییم.

البته ممکن است مزاج سن با یک مزاج عارضی مرضی یا مزاج بیماری تلفیق گردد، که اینها را باید از یکدیگر تفکیک کرد بدین ترتیب که در هر فرد باید دانست که مزاج مادرزادی وی چیست؟ مزاج سنش چیست؟ مزاج بیماری که بر او عارض شده است، چیست؟ و .... در دوران اول که دوران رشد و نمو است، حرارت نسبت به دوره‌های دیگر بالاتر است، رطوبت هم تا اندازه‌ای بالاتر است و این دوران، دورانی است که تقریباً خونسازی در بدن بیشتر انجام می‌شود.

2- دوران وقوف یا جوانی :

از ابتدای 15 سالگی الی 30 یا نهایتاً 40 سالگی را دوران  وقوف می‌گویند یعنی یک حالت توقف و رکود نسبی ایجاد شده است و رشد و نمو نسبت به دوران اول کمتر شده است و کنترل روی رشد و نمو قدری بیشتر شده است. این دوره، دوره غلبه حرارت و خشکی است، یعنی گرمی و خشکی در بدن افزایش پیدا میکند.

3- دوران بزرگسالی یا کهولت :

که از 40 سالگی الی 60 سالگی است، در این دوره رشد و نمو کاملاً متوقف شده است و بدن آرام آرام رو به نقصان می گذارد و قدرتهای بدنی بتدریج کم می‌شود.اما قوا کاملاً ضعیف نشده‌اند این دوره، دوران سردی و خشکی است، البته بین اطباء قدیم اختلاف نظر وجود دارد درین باب که این دوره، دوره سردی و خشکی است و سردی و تری.

4- دوره انحطاط یا پیری :

که از 60 سالگی تا پایان عمر می‌باشد. این دوره، دوره ضعف آشکار و شدید است و دوره‌ای است که سردی و رطوبت شدیداً غلبه می‌کند. نکته مهم در این جا این است که مزاج سنین در همه افراد اینطور که گفته شد نیست، در حقیقت خود افراد متوجه می‌شوند که وقتی به سن 33ـ30 سالگی می‌رسند، افت شدید در بدنشان آشکار می‌شود، حتی حالتهای روحیشان و بدنی‌شان تغییر پیدا می‌کند، بطور مثال هضم غذا تغییر می‌یابد، قدرت جست و خیز و بالا رفتن از موانع تحلیل می‌رود، ممکن است قدری فراموش ایجاد شود.

مرحله 60 سالگی قوای روحی و جسمی آنها یک پله پایین‌تر می‌رود، اما این سال‌ها سالهای دقیقی نیست که مثلاً بگوییم دقیقاً در 30 سالگی شروع می‌شود یا در 29 سالگی، ممکن است یک نفر در 28 سالگی این افت را احساس کند و یک نفر هم تا 35 سالگی‌ای افت را احساس نکند، نکته دیگر اینکه، اختلاف در تری و خشکی این سالها مهم نیست بلکه سردی و گرمی این سالها اهمیت دارد. (این همان حالت فاعله‌ای که در جلسه قبل توضیح داده شد)، در حقیقت مهم این است که تا 40 سالگی گرمی بدن شروع به تحلیل رفتن می‌کند و شخص تغییرات جدی در بدنش احساس می‌کند. در هر صورت ما باید بتوانیم بین مزاج اصلی و مزاج سن فرق بگذاریم.

کاربرد مطالب گفته شده در اینست که مثلاً: اگر شخصی مزاج سنش گرم باشد و مزاج جبلیش هم گرم باشد، حالت نامطلوبی برایش ایجاد می‌شود بهمین دلیل معمولاً گرم مزاجها در ابتدای دوران عمرشان سختیهای زیادتری، هم از نظر روحی و هم از نظر جسمی محتمل م‌شوند یعنی افراد صفراوی مزاج یا دموی مزاج را می‌بینیم که در دوران ابتدای عمرشان تا 20 الی   30 سالگی، تندخو  هستند و به خاطر گرمی مزاج، مشکلات معده و بثورات پوستی ایجاد می‌شود و بسیار تندمزاج و بداخلاق هستند. رشد فکری بعد از سنین گرمی آنهاست، به عبارت دیگر بعد از  30  الی 40 سالگی تازه شروع به رشد فکری می کنند و شکوفا می‌شوند درحالیکه تا آن سن حالت خمودی دارند، سرد مزاجها برعکسند، یعنی در دوران ابتدای عمرشان، چون مزاج سن آنها گرم و مزاج مادرزادی‌شان سرد است، شکوفایی بهتری دارند و به محض اینکه به سن 40 سالگی می‌رسند افت شدید در همه برنامه‌هایشان چه از نظر جسمی و چه از نظر فکری پیدا می‌کنند.

بر اساس پژوهشهای به عمل آمده مصرف چهار ماده غذایی سویا،انار،قهوه،آلوئه ورا برای دیابتی ها مفید باشد.

سویا:

مصرف سویا موجب بهبود اختلالات کلیوی در بیماران دیابتی می شود.مصرف پروتئین سویا نقش بسزایی در عملکرد کلیه ها و کاهش سطح چربی زیان بار خون دارد.همچنین سویا می تواند بهبود عملکرد کلیه ها را در بیماران دیابتی تسریع کند.

شایان ذکراست مصرف سویا هیچ گونه اختلالی در میزان قند خون افراد دیابتی ایجاد نمی کند.'

آب انار :

دانشمندان با انجام تحقیقات نشان داده اند اب انار علاوه بر تاثیر مثبتی که بر روی بیماران دیابتی و افراد با فشار خون بالا دارد به بیماران دیالیزی نیز کمک میکند.

از آنجایی که این میوه غنی از آنتی اکسیدان است می تواند در بیماران مبتلا به دیابت و فشار بالا و چربی بالا باعث کاهش قند ،فشار و چربی خون شود.

 قهوه : 

قهوه خطر بروز دیابت را کاهش می دهد.

پزوهشگران نشان داده اند نوشیدن یک فنجان قهوه پس از نهار میتواند خطر پیشرفت دیابت را کاهش دهد.

محققان موسسه ملی تحقیقات غذایی با انجام تحقیقاتی روی مکانیسم عملکرد قهوه در پیشگشری از دیابت کشف کردند که مواد موجود در قهوه ساز و کاری شبیه به برخی از داروهای ضد دیابت دارد و باعث کاهش قند خون می شود.

آلوئه ورا (صبر زرد ) : 

براساس اخرین پژوهش هایی که محققان ژاپنی انجام داده اند ثابت شده است که گیاهان آلوئه ورا می تواند کاهش چشمگیری در قند خون ایجاد کند.حتی این گیاه می تواند اثر پیشگیری کننده در بروز دیابت در افراد در معرض خطر داشته باشد.

یکی از عوارض بسیار شایع در افراد دیابتی خشکی و حساسیت پوست این افراد می باشد و گیاه آلوئه ورا دارای مقادیر بالای "کلاژن" و ویتامین بوده از خشکی پوست این افراد جلوگیری نموده و باعث نرمی پوست در افراد دیابتی می شود.

افراد دیابتی می توانند این گیاه را بصورت عرق آلوئه ورا،یا بصورت خشک شده ،پماد یالوسیون استفاده کنند.