सिलिकॉन इतना कठोर होते हुए भी इतना भंगुर क्यों है?

सिलिकॉनएक परमाणु क्रिस्टल है, जिसके परमाणु सहसंयोजक बंधों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं, जो एक स्थानिक नेटवर्क संरचना बनाते हैं। इस संरचना में, परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन बहुत दिशात्मक होते हैं और उनमें उच्च बंधन ऊर्जा होती है, जो सिलिकॉन को अपने आकार को बदलने के लिए बाहरी बलों का विरोध करते समय उच्च कठोरता दिखाती है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंधन कनेक्शन को नष्ट करने के लिए एक बड़ी बाहरी ताकत की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, यह वास्तव में इसके परमाणु क्रिस्टल की नियमित और अपेक्षाकृत कठोर संरचनात्मक विशेषताओं के कारण है कि जब इसे एक बड़े प्रभाव बल या असमान बाहरी बल के अधीन किया जाता है, तो अंदर की जालीसिलिकॉनस्थानीय विरूपण के माध्यम से बाहरी बल को बफर करना और फैलाना मुश्किल है, लेकिन कुछ कमजोर क्रिस्टल विमानों या क्रिस्टल दिशाओं के साथ सहसंयोजक बंधनों को तोड़ने का कारण होगा, जो पूरे क्रिस्टल संरचना को तोड़ने और भंगुर विशेषताओं को दिखाने का कारण होगा। धातु क्रिस्टल जैसी संरचनाओं के विपरीत, धातु परमाणुओं के बीच आयनिक बंधन होते हैं जो अपेक्षाकृत स्लाइड कर सकते हैं, और वे बाहरी बलों के अनुकूल होने के लिए परमाणु परतों के बीच स्लाइडिंग पर भरोसा कर सकते हैं, जो अच्छी लचीलापन दिखाते हैं और भंगुर को तोड़ना आसान नहीं है।

सिलिकॉनपरमाणु सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। सहसंयोजक बंधों का सार परमाणुओं के बीच साझा इलेक्ट्रॉन युग्मों द्वारा निर्मित मजबूत अंतःक्रिया है। हालांकि यह बंधन परमाणुओं की स्थिरता और कठोरता सुनिश्चित कर सकता हैसिलिकॉन क्रिस्टलसंरचना में, एक बार टूट जाने के बाद सहसंयोजक बंधन को फिर से ठीक करना मुश्किल होता है। जब बाहरी दुनिया द्वारा लगाया गया बल उस सीमा से अधिक हो जाता है जिसे सहसंयोजक बंधन झेल सकता है, तो बंधन टूट जाएगा, और क्योंकि धातुओं में स्वतंत्र रूप से घूमने वाले इलेक्ट्रॉन जैसे कोई कारक नहीं होते हैं जो टूटने की मरम्मत करने, कनेक्शन को फिर से स्थापित करने या तनाव को फैलाने के लिए इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन पर भरोसा करने में मदद करते हैं, यह दरार करना आसान है और अपने स्वयं के आंतरिक समायोजन के माध्यम से समग्र अखंडता को बनाए नहीं रख सकता है, जिससे सिलिकॉन बहुत भंगुर हो जाता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, सिलिकॉन सामग्री को अक्सर पूरी तरह से शुद्ध होना मुश्किल होता है, और इसमें कुछ अशुद्धियाँ और जाली दोष शामिल होंगे। अशुद्धता परमाणुओं का समावेश मूल रूप से नियमित सिलिकॉन जाली संरचना को बाधित कर सकता है, जिससे स्थानीय रासायनिक बंधन शक्ति और परमाणुओं के बीच बंधन मोड में परिवर्तन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संरचना में कमजोर क्षेत्र बन सकते हैं। जाली दोष (जैसे रिक्तियाँ और अव्यवस्थाएँ) भी ऐसे स्थान बन जाएँगे जहाँ तनाव केंद्रित होता है।

जब बाहरी ताकतें काम करती हैं, तो ये कमज़ोर जगहें और तनाव संकेन्द्रण बिंदु सहसंयोजक बंधनों के टूटने का कारण बनते हैं, जिससे सिलिकॉन सामग्री इन जगहों से टूटना शुरू हो जाती है, जिससे इसकी भंगुरता बढ़ जाती है। भले ही यह मूल रूप से उच्च कठोरता वाली संरचना बनाने के लिए परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधनों पर निर्भर करता हो, बाहरी ताकतों के प्रभाव में भंगुर फ्रैक्चर से बचना मुश्किल है।