सिलिकॉन इतना कठोर लेकिन इतना भंगुर क्यों होता है?

सिलिकॉनसिलिकॉन एक परमाणु क्रिस्टल है, जिसके परमाणु सहसंयोजक बंधों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं, जिससे एक स्थानिक नेटवर्क संरचना बनती है। इस संरचना में, परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंध अत्यंत दिशात्मक होते हैं और उनकी बंध ऊर्जा उच्च होती है, जिसके कारण सिलिकॉन बाहरी बलों द्वारा अपने आकार में परिवर्तन का प्रतिरोध करते हुए अत्यधिक कठोरता प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंध को तोड़ने के लिए एक बड़े बाहरी बल की आवश्यकता होती है।

हालांकि, इसके परमाणु क्रिस्टल की नियमित और अपेक्षाकृत कठोर संरचनात्मक विशेषताओं के कारण ही, जब इस पर कोई बड़ा प्रभाव बल या असमान बाहरी बल लगता है, तो इसके भीतर की जाली में परिवर्तन हो जाता है।सिलिकॉनस्थानीय विरूपण के माध्यम से बाह्य बल को संतुलित और विक्षेपित करना कठिन होता है, लेकिन इससे कुछ कमजोर क्रिस्टल तलों या क्रिस्टल दिशाओं के साथ सहसंयोजक बंध टूट जाते हैं, जिससे संपूर्ण क्रिस्टल संरचना टूट जाती है और भंगुरता के लक्षण दिखाई देते हैं। धातु क्रिस्टल जैसी संरचनाओं के विपरीत, धातु परमाणुओं के बीच आयनिक बंध होते हैं जो सापेक्षतः फिसल सकते हैं, और वे परमाणु परतों के बीच फिसलने पर निर्भर होकर बाह्य बलों के अनुकूल हो सकते हैं, जिससे अच्छी तन्यता दिखाई देती है और वे आसानी से भंगुर नहीं होते।

सिलिकॉनपरमाणु सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। सहसंयोजक बंधों का सार परमाणुओं के बीच साझा इलेक्ट्रॉन युग्मों द्वारा निर्मित मजबूत अंतःक्रिया है। यद्यपि यह बंध परमाणुओं की स्थिरता और कठोरता सुनिश्चित कर सकता है,सिलिकॉन क्रिस्टलसिलिकॉन की संरचना ऐसी है कि एक बार टूटने के बाद सहसंयोजक बंध का फिर से जुड़ना मुश्किल होता है। जब बाहरी बल सहसंयोजक बंध की सहनशीलता से अधिक हो जाता है, तो बंध टूट जाता है। धातुओं की तरह इसमें इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही नहीं होती, जो बंध को जोड़ने, उसे पुनः स्थापित करने या इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन से तनाव को कम करने में मदद कर सकें। इसलिए सिलिकॉन में दरारें आसानी से पड़ जाती हैं और यह अपने आंतरिक समायोजन से अपनी समग्र अखंडता को बनाए नहीं रख पाता, जिसके कारण सिलिकॉन बहुत भंगुर होता है।

व्यवहारिक अनुप्रयोगों में, सिलिकॉन सामग्री को पूर्णतः शुद्ध रखना अक्सर कठिन होता है, और इसमें कुछ अशुद्धियाँ और जाली दोष मौजूद होते हैं। अशुद्ध परमाणुओं के समावेश से सिलिकॉन की मूल रूप से नियमित जाली संरचना बाधित हो सकती है, जिससे परमाणुओं के बीच स्थानीय रासायनिक बंधन की मजबूती और बंधन के तरीके में परिवर्तन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संरचना में कमजोर क्षेत्र बन जाते हैं। जाली दोष (जैसे रिक्तियाँ और विस्थापन) भी तनाव के केंद्रीकरण के स्थान बन जाते हैं।

जब बाहरी बल कार्य करते हैं, तो ये कमजोर बिंदु और तनाव संकेंद्रण बिंदु सहसंयोजक बंधों के टूटने की अधिक संभावना पैदा करते हैं, जिससे सिलिकॉन पदार्थ इन स्थानों से टूटना शुरू हो जाता है और इसकी भंगुरता बढ़ जाती है। भले ही मूल रूप से इसकी संरचना परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधों पर निर्भर होकर उच्च कठोरता वाली हो, बाहरी बलों के प्रभाव में भंगुर विखंडन से बचना मुश्किल है।