How do crystals work? - Graham Baird

Translator: Javid Naseri Reviewer: Leila Ataei

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

در اعماق آبشارها و چشمه‌های آب گرم « یلوستون کالدرا »

lies a magma chamber produced by a hot spot in the earth’s mantle.

یک محفظه ماگما قرار دارد که توسط نقطه‌ای داغ در گوشته زمین ایجاد شده است.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

با حرکت ماگما به سمت سطح زمین،

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

آن را متبلور می‌کند تا سنگ‌های آذرین جوان و داغ تشکیل شود.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

گرمای حاصل از این سنگ‌ها باعث می‌شود تا آب زیرزمینی به سمت سطح حرکت کند.

As the water cools, ions precipitate out as mineral crystals,

با خنک شدن آب، یون‌ها به شکل بلورهای معدنی رسوب می‌کنند،

including quartz crystals from silicon and oxygen,

از جمله بلورهای کوارتز از سیلیسیم و اکسیژن،

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

فلدسپات از پتاسیم، آلومینیوم، سیلیسیم و اکسیژن،

galena from lead and sulfur.

گالن از سرب و گوگرد، تشکیل می‌شود.

Many of these crystals have signature shapes—

بسیاری از این بلورها اشکال منحصر به فرد دارند -

take this cascade of pointed quartz, or this pile of galena cubes.

برای مثال این آبشار کوارتز، یا این مکعب‌های شمعی گالن.

But what causes them to grow into these shapes again and again?

اما چه چیزی باعث می‌شود که آن‌ها دوباره و دوباره به این شکل‌ها تبدیل شوند؟

Part of the answer lies in their atoms.

بخشی از پاسخ در اتم‌های آنها نهفته است.

Every crystal’s atoms are arranged in a highly organized, repeating pattern.

اتم‌های هر بلور به شکلی کاملاً منظم و تکراری مرتب شده اند.

This pattern is the defining feature of a crystal,

این الگو، مشخصه بلور است،

and isn’t restricted to minerals—

و به مواد معدنی محدود نمی‌شود

sand, ice, sugar, chocolate, ceramics, metals, DNA,

شن، یخ، شکر، شکلات، سرامیک، فلزات، DNA،

and even some liquids have crystalline structures.

و حتی برخی از مایعات دارای ساختار بلوری هستند.

Each crystalline material’s atomic arrangement

ترتیب اتمی هر ماده بلوری

falls into one of six different families:

در یکی از شش خانواده مختلف قرار می‌گیرد:

cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal.

مکعبی، تتراگونال، اورتورمبیک، مونوکلینیک، تری‌کلینیک و هگزاگونال است.

Given the appropriate conditions,

با توجه به شرایط مناسب،

crystals will grow into geometric shapes

بلورها به اشکال هندسی تبدیل می‌شوند

that reflect the arrangement of their atoms.

که نشان دهنده ترتیب اتم‌های آنها است.

Take galena, which has a cubic structure composed of lead and sulfur atoms.

گالن را در نظر بگیرید که ساختار مکعبی دارد که از اتم‌های سرب و گوگرد تشکیل شده است.

The relatively large lead atoms

اتم‌های سرب نسبتاً بزرگ

are arranged in a three-dimensional grid 90 degrees from one another,

در یک شبکه سه بعدی ۹۰ درجه از یکدیگر چیده شده‌اند،

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

در حالی که اتم‌های نسبتاً کوچک گوگرد کاملاً بین آن‌ها است.

As the crystal grows, locations like these attract sulfur atoms,

با رشد کریستال، مکان‌هایی مانند این‌ها اتم‌های گوگرد را جذب می‌کنند ،

while lead will tend to bond to these places.

در حالی که سرب به این مکان‌ها می‌پیوندد.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

سرانجام، آن‌ها شبکه اتم‌های بهم پیوسته را تکمیل می‌کنند.

This means the 90 degree grid pattern of galena’s crystalline structure

این به معنای الگوی شبکه ۹۰ درجه از ساختار بلوری گالن است

is reflected in the visible shape of the crystal.

که نمود آن، در شکل قابل مشاهده بلور مشخص است.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

در همین حال کوارتز، ساختار بلوری شش گوشه دارد.

This means that on one plane its atoms are arranged in hexagons.

این بدان معنی است که در یک صفحه، اتم‌های آن به صورت شش ضلعی مرتب شده اند.

In three dimensions, these hexagons are composed of many interlocking pyramids

در سه بعد، این شش گوش‌ها از بسیاری از اهرام در هم تنیده

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

از یک اتم سیلیسیم و چهار اتم اکسیژن تشکیل شده است.

So the signature shape of a quartz crystal

بنابراین شکل مشخصه یک بلور کوارتز

is a six-sided column with pointed tips.

ستون شش ضلعی با نقاط برجسته است.

Depending on environmental conditions,

بسته به شرایط محیطی،

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

اکثر کریستال‌ها پتانسیل تشکیل اشکال هندسی متعدد را دارند.

For example, diamonds, which form deep in the Earth’s mantle,

به عنوان مثال ، الماس ها، که در قسمت عمیق گوشته زمین هستند،

have a cubic crystalline structure and can grow into either cubes or octahedrons.

یک ساختار کریستالی مکعبی دارند و می‌توانند به مکعب یا اکتاهدرون تبدیل شوند.

Which shape a particular diamond grows into

این‌که الماس به کدام شکل خاص‌ خود رشد کند،

depends on the conditions where it grows,

بستگی به شرایطی دارد که در آن رشد می کند،

including pressure, temperature, and chemical environment.

از جمله فشار، دما و محیط شیمیایی.

While we can’t directly observe growth conditions in the mantle,

در حالی که ما نمی‌توانیم مستقیما شرایط رشد را در قسمت گوشته مشاهده کنیم،

laboratory experiments have shown some evidence

آزمون‌های آزمایشگاهی شواهدی را نشان داده است

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

که الماس‌ها در دماهای پایین‌تر به مکعب

and octahedrons at higher temperatures.

و اکتاهدرون‌ها در دماهای بالاتر تبدیل می‌شوند

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

مقدار بسیار کمی آب، سیلیسیم، ژرمانیم یا منیزیم

might also influence a diamond’s shape.

نیز ممکن است شکل الماس را تحت تأثیر قرار دهد.

And diamonds never naturally grow into the shapes found in jewelry—

و الماس‌ها به طور طبیعی، هرگز به شکلی که در جواهرات موجود است رشد نمی‌کنند -

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

این الماس‌ها برای نشان دادن درخشش و وضوح بریده شده است.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

شرایط محیطی نیز می تواند در شکل گیری بلورها تأثیر بگذارد.

Glass is made of melted quartz sand,

شیشه از شن کوارتز ذوب شده، تشکیل شده است

but it isn’t crystalline.

اما بلوری نیست.

That’s because glass cools relatively quickly,

به این دلیل که شیشه نسبتاً سریع خنک می‌شود،

and the atoms do not have time to arrange themselves

و اتم‌ها فرصتی برای مرتب شدن

into the ordered structure of a quartz crystal.

به ساختار منظم از بلور کوارتز را، پیدا نمی‎‌کنند.

Instead, the random arrangement of the atoms in the melted glass

در عوض، در شیشه ذوب شده، در هنگام خنک شدن

is locked in upon cooling.

اتم‌ها ترتیب تصادفی دارند.

Many crystals don’t form geometric shapes

بسیاری از بلورها اشکال هندسی تشکیل نمی‌دهند

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

زیرا بسیار نزدیک به کوارتز با سایر بلورها رشد می‌کنند.

Rocks like granite are full of crystals,

صخره‌هایی مانند گرانیت پر از کریستال هستند،

but none have recognizable shapes.

اما هیچ کدام اشکال قابل تشخیصی ندارند.

As magma cools and solidifies,

هنگامی ‌که ماگما خنک و جامد می‌شود،

many minerals within it crystallize at the same time and quickly run out of space.

بسیاری از مواد معدنی موجود در آن، هم زمان متبلور می‌شوند و فضا به سرعت تمام می‌شود.

And certain crystals, like turquoise,

و برخی بلورها، مانند فیروزه،

don’t grow into any discernible geometric shape in most environmental conditions,

در اکثر شرایط محیطی به هیچ شکل هندسی قابل تشخیصی تبدیل نمی‌شوند،

even given adequate space.

حتی اگز فضای کافی به آن‌ها داده شود.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

ساختار اتمی هر بلور دارای خواص بی نظیری است،

and while these properties may not have any bearing on human emotional needs,

و در حالی‌ که این خصوصیات ممکن است هیچ تأثیری در نیازهای عاطفی انسان نداشته باشند

they do have powerful applications in materials science and medicine.

کاربردهای موثری در علم مواد و پزشکی دارند.