Billur
Billur, Bir kimyasal element ya da bileşiğin oluşturduğu ve birbirini belirli açılarla kesen düzlem yüzeylerin çevrelediği katı cisim. Bütün maddeler atomlardan ve moleküllerden oluşur. Katı maddeler, atomlarının ya da moleküllerinin tipine ve iç düzenlenişine bağlı olarak belirli durumlar gösterirler. Bir maddedeki atomlar ya da moleküllerin uzamsal dizilişi düzenli olarak tekrarlanıyorsa, o maddenin billurlaşmış (ya da kristalleşmiş, olduğu söylenir. Atomlarının ya da moleküllerinin konumları arasında düzenli, belli kurallara bağlı ilişkiler bulunmayan maddelerse billurlaşmamış ya da kristalogra (amorf) diye nitelendirilir. Billur bilim (ya da kristalgoerafi), billurlaşmış maddenin dış biçimini ve kimyayla olan ilişkisini, atomların ve moleküllerin uzamsal düzenlenişini inceleyen bilim dalıdır. Billur durumunun incelenmesi, biyokimya, malzeme mühendisliği, seramik ve yapay değerli taş üretimi gibi çok çeşitli alanlara katkıda bulunur.
Not: Kalsit ya da kalsiyum karbonatın 300'den çok billur biçimi gözlenmiştir. Özgün billurun biçimi ne olursa olsun, her zaman aynı romboedrik bakışımla parçalara ayrılır.
BİLLUR BİLİMİN GELİŞMESİ
Bir bilim olarak billurbilim, Nicolaus Steno'nun çalış malarıyla doğdu. Hekimlik öğrenimi görmüş olan Steno, yer bilimine de ilgi duyuyordu; bu ilgi, onu, billur oluşumuna ilişkin bir inceleme yayınlamaya yöneltti: Bir Katının İçinde Doğal Olarak Bulunan Katı Bir Cisimle İlgili Tez (1669). Bu yapıtında, "bir maddeden alınan bütün örneklerde billur yüzleri arasındaki açıların aynı olduğunu" belirtiyordu; gözlemi, sonradan "Steno yasası yada “yüzlerarasındaki açıların değişmezliği yasası" diye adlandırıldı. Steno, ayrıca, bir çözeltiden oluşan tohum billurun var olan dış yüzleri üstüne parçacıkların eklenmesi yoluyla, billurların büyüdüğü sonucuna da ulaşıyordu. Robert Böyle, Pierre Gassendi ve Sir İsaac Newton gibi ünlü bilim adamları, sonradan Steno'nun çalışmalarını sürdürüp genişlettiler.
Bununla birlikte. billur bilimin matematiksel kesinlik taşıyan bir bilim haline gelmesi, ancak XVIII. yy'ın sonu ile XIX. yy'ın başrıda Rene-Just Haüy'ün çalışmalarıyla gerçekleşti."Haüv yasası'na (ya da "mantıksal göstergeler yasası") göre, bir billurun biçimi, birbirini kesen üç eksenle tanımlandığında, billurun bütün yüzleri, bu eksenler ile yüzlerim kesişme noktalarına ilişkin sayısal gösergelerle belirtilebilir. Haüy'ün çalışmaları, kalsit mineralindeki dilinim olgulanna ilişkin gözlemlerine dayanıyordu. Birkaç yıl sonra Christian Westfeld ( 1746-1823), aynı olguları incelemesinin ardından, "bütün spat (kalsit) billurlarının romboedrik (altı yüzü eşitkenar dörtgenlerden oluşan koşutyüzlü) parçalardan oluştuğu görüşünü ortaya attı. Bir billurun içindeki temel bir birim ile sonuçla oluşan dış biçim arasında kurulan bu bağlantı, modem billurbilimin temel ilkelerinden biri ve vaz geçilmez öğesi olan "birim hücre" kavramının doğmasına yol açtı.
BİRİM HÜCRE
XIX. yy. billur bilimcileri, birim hücrenin ya da Haüy'ün bütünlenen molekül"ünün biçimini belirlemek için yoğun bir arayışa girdiler. Bu "bütünlenen molekül"ün içindeki atomların düzenlenişini çıkarsamaya çalışmak yerine, yalnızca biçimini belirlemeye çalıştılar. Dönemin bilim adamları, bütün billur tiplerinin bütün biçimlerinin bir tek biçimle açıklanabileceğine inanıyorlardı. Bunun olanaksızlığını doğru olarak kavrayan Haüy se, üç ‘bütünlenen molekül'ün varlığını savunuyordu: Tedraedrit(düzgür. dörtyüzlüler), üçgen prizmalar, koşut yüzlüler.
Haüy'ün içte yer alan üç molekülle ilgili varsayımları, bazı minerallerin arayüz açılarını tahmin etmesine olanak sağladı; ama William Wollaston'in (1766-1828) yaptığı dikkatli ölçümler, kalsitin Haüy tarafından tahmin edilen açıları ile ölçülen açıları arasında bazı uyuşmazlıklar bulunduğunu ortaya çıkardı; arayüz açısı ölçüm yöntemleri daha duyarlılaştırıldıkça, bütün billur biçimlerinin temelini bu üç "bütünlenen molekül'ün oluşturduğu düşüncesinin, savunulamayacak bir düşünce olduğu ortaya çıktı. Ne var ki, Haüy'ün çalışmalarının bu yönü benimsenmediyse de, billurların incelenmesinde benimsediği yaklaşım ve yöntemler bu bilim dalını derinlemesine etkiledi. Bir zamanlar olsa olsa tahmine dayalı bir hobi niteliği taşıyan bu uğraş,matematiğe dayalı bir kuramsal bilime dönüşmüştü.
Haüy'ün çalışmaları, daha sonraki bilimcilerin geometrik kesinlik taşıyan bir bilim dalı kurmaya başlamalarına olanak sağlayan temeli oluşturdu. Haüy'de kısa süre sonra Christian Weiss (1780-1856), mantıksal göstergeler yasasının önemini kavrayarak, billurları, kendi sinin tanımladığı referans eksenlerine göre olduğu kadar, bunlardan çıkarsanan bakışım (simetri) öğelerine göre de sınıflandırmaya koyuldu. Bakışım düzlemlerine (bir billuru hacim bakımından iki eşit parçaya ayıran düzlemler), dönme eksenleri (bir billurun içinden geçen ve çevresinde bir yüzün iki, üç, dört, beş ve altı kez tekrarlanabildiği eksenler), tersinme merkezleri (billurun yarısının tersyüz olmuş ve yansımış gibi göründüğü noktalar) ve dönme-tersinme eksenleri (dönme ve tersinme sürecinin birleşimi), Weiss'in saptadığı bakışım öğeleridir.
Billurları eksenlerine ve bakışım öğelerine göre sistemlere ayıran Weiss, heksagonal, ortorombik tetragonal ve izometrik sistemleri (bu adlarla olmasa da)birbirinden ayırt etmeyi başardı. Ayrıca, billur yüzlerini, kendisinin tanımladığı üç eksendeki kesişmelerinin sayısal değerlerine göre sistemli olarak adlandırıldı. Weiss'in billur yüzü göstergeleri, günümüzde de billur yüzleri ve düzlemleriyle ilgili göstergeler hesapanlanırken kullanılmaktadır.
BİLLUR SİSTEMLERİ
Geometrik billur kuramıyla ilgili araştırmalar, XIX.yy'ın ikinci yarısında da sürdü; sonunda, ilk kez Haüy'ün tanımlamış olduğu üç eksene ve bunlardan türeyen biçimlerin görünür bakışımına göre sınıflandırılan toplam 7 billur sistemi ortaya çıktı. Auguste Bravais (1811 -63 32 billur sınıfını ya da "nokta grubu"nu eksiksiz olarak tanımlayan bir çalışma yayınladı (1848). Bravais, uzay da düzenli olarak dağılmış noktaların oluşturduğu geometrik biçim tiplerini araştırarak, bakışım ve geometrisi farklı olan noktaların ancak 14 türlü gruplandırılabileceğini, gene de, uzayda sürekli tekrarlanmaya olanak tanıdığını gösterdi. Bu 14 "kafes" bakışımlarına göre gruplandırılarak, 7 billur sistemine denk düşen 7 ayrı kafes bakışımı tanımlanabilirdi. 14 kafesin bakışım işlemleriyle birleştirilmesiyle, tam olarak 32 bakışım gruplandırması elde edildi.
Leonar Sohncke (1842-97), iki bakışım öğesi daha saptadı ve 1880'lerin sonlarında Rus Evgraf Stepanoviç Fyodorov (1853-1919), olabilecek bütün kafes tipi birleşimlerini ve bakışım işlemlerini temsil ettiği düşünülen 230 uzay grubunu ana çizgileriyle belirledi. Bir alüminyum-manganez alaşımında beş katlı yeni bir bakışım tipinin bulunduğu 1982 yılına kadar, bu sınıflandırma şemasını değiştirme gereği duyulmadı. Söz konusu, alaşım, uzun erimli konumsal düzen gösteren, ama dönüş bakışımına olanak vermeyecek, görünüşte rastgele ya da "yan-periyodik" bir biçimde tekrarlanan 20 kenarlı (ya da İkosahedral) yapılar içeriyordu. O tarihten bu yana, 'yan-billur' diye adlandırılan bu tür birkaç katı madde bulundu ve beş katlı bakışım gösterdikleri kanıtlandı. Ama oluşma biçimleriyle ilgili tartışmalar sürdü: Çünkü, uzun erimli düzen kazanabilmeleri için, en az iki farklı birim hücre tipi gereklidir.
RÖNTGEN KIRINIMI
Bir billurun içindeki atomların düzenlenişini açığa çıkarmak için kristali röntgen (X) ışınıyla bombardıman etme düşüncesini ilk olarak Alman fizikçisi Max Theodor von Laue ortaya attı. Von Laue'ye göre, tıpkı çok sıkı bir optik ağın ışığı kırınıma (difraksiyona) uğratması gibi, billurların da X ışınlarını kırınıma uğratmaları gerekirdi. Müniih Üniversitesi'nde lisansüstü öğrenim gören iki fizik öğrencisinin, bakır sülfat billuru üstünde deney yaparken, billurlu maddenin iç düzenine ilişkin ilk kanıtlan elde etmeleriyle (1912), bu öngörü doğrulanmış oldu. O tarihten sora röntgen kırınımı yöntemleri hızla gelişti. Günümüzde bu yöntemlerin toz malzemeler üstünde kullanılması, bütün malzeme laboratuvarlarında standart tanıma tekniğidir. Tek billurların röntgen kırınımı, hemoglobin ve DNA gibi karmaşık yapıların belirlenmesini sağlamış, böylece de biyokimya ve tıp alanlarında devrim yaratmıştır.
GÜNÜMÜZDE BİLLUR BİLİM
İletim elektron mikroskopu ile alan iyon yayımıyla görüntüleme ve kırınım yöntemlerinin billur incelemelerine uygulanması, billurbilimin yeni ufuklara açılmasını sağlayacaktır. Günümüzde 1,4 angström kadar küçük özellikler görüntülenebimekte ve fotoğrafı çekilebilmektedir; gerçek atomik bilur düzenlenişinin resimleri, billurbilimle ilgili yapıtlarda sık sık yayımlanmaktadır. Elde edilen bilginin, aşağı yukarı bütün bifim ve teknoloji alanlarında uygulanma olanağı vardır. Sözgelimi, saf ya da özel olarak tasarlanmış billurların üretilmesi, yarıiletken teknolojisi, tümleşik devreler ve piezoelektrikten yararlanan sistemler için gereklidir. Günümüzde bu tür billurları üretme yöntemleri arasında molekül demetli epitaksi gibi ileri teknikler ve potansiyel olarak, dış uzayın yerçekimsiz ortamından yararlanılması sayılabilir.