რატომ არის სილიციუმი ასეთი მაგარი, მაგრამ ამავდროულად მყიფე?

სილიკონიარის ატომური კრისტალი, რომლის ატომებიც ერთმანეთთან კოვალენტური ბმებით არის დაკავშირებული და სივრცულ ქსელურ სტრუქტურას ქმნის. ამ სტრუქტურაში ატომებს შორის კოვალენტური ბმები ძალიან მიმართულებითია და მაღალი ბმის ენერგია აქვთ, რაც სილიციუმს მაღალი სიმტკიცის გამოვლენის საშუალებას აძლევს გარე ძალების წინააღმდეგობისას, რათა შეცვალოს მისი ფორმა. მაგალითად, ატომებს შორის ძლიერი კოვალენტური ბმის გასანადგურებლად დიდი გარე ძალაა საჭირო.

თუმცა, სწორედ მისი ატომური კრისტალის რეგულარული და შედარებით ხისტი სტრუქტურული მახასიათებლების გამო, როდესაც მასზე დიდი დარტყმითი ძალა ან არათანაბარი გარე ძალა მოქმედებს, შიგნით არსებული ბადესილიკონიგარე ძალის ბუფერიზაცია და გაფანტვა ლოკალური დეფორმაციის გზით რთულია, მაგრამ ეს გამოიწვევს კოვალენტური ბმების გაწყვეტას ზოგიერთი სუსტი კრისტალური სიბრტყის ან კრისტალური მიმართულებით, რაც გამოიწვევს მთელი კრისტალური სტრუქტურის გაწყვეტას და მყიფეობის გამოვლენას. ლითონის კრისტალების მსგავსი სტრუქტურებისგან განსხვავებით, ლითონის ატომებს შორის არსებობს იონური ბმები, რომლებსაც შეუძლიათ შედარებით სრიალი და მათ შეუძლიათ დაეყრდნონ ატომურ ფენებს შორის სრიალს გარე ძალებთან ადაპტაციისთვის, რაც ავლენს კარგ პლასტიურობას და არ არის ადვილი მყიფედ გატეხვა.

სილიკონიატომები ერთმანეთთან კოვალენტური ბმებით არიან დაკავშირებული. კოვალენტური ბმების არსი ატომებს შორის საერთო ელექტრონული წყვილების მიერ წარმოქმნილი ძლიერი ურთიერთქმედებაა. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ბმას შეუძლია უზრუნველყოს სტაბილურობა და სიმტკიცესილიკონის კრისტალისტრუქტურის გამო, კოვალენტური ბმის გაწყვეტის შემდეგ აღდგენა რთულია. როდესაც გარე სამყაროს მიერ გამოყენებული ძალა აღემატება კოვალენტური ბმის გაუძლებლობის ზღვარს, ბმა წყდება და რადგან არ არსებობს ფაქტორები, როგორიცაა თავისუფლად მოძრავი ელექტრონები, როგორც ეს ლითონებშია, რომლებიც ხელს უწყობენ გაწყვეტის აღდგენას, კავშირის აღდგენას ან ელექტრონების დელოკალიზაციაზე დაყრდნობას სტრესის გასაფანტად, ის ადვილად იბზარება და ვერ ინარჩუნებს საერთო მთლიანობას საკუთარი შინაგანი რეგულირებით, რაც იწვევს სილიციუმის ძალიან მყიფეობას.

პრაქტიკულ გამოყენებაში, სილიციუმის მასალების აბსოლუტურად სისუფთავის მიღწევა ხშირად რთულია და ისინი შეიცავს გარკვეულ მინარევებს და ბადის დეფექტებს. მინარევების ატომების შერწყმამ შეიძლება დაარღვიოს თავდაპირველად რეგულარული სილიციუმის ბადის სტრუქტურა, რაც გამოიწვევს ცვლილებებს ლოკალურ ქიმიურ ბმაში და ატომებს შორის ბმის რეჟიმში, რაც გამოიწვევს სტრუქტურაში სუსტი უბნების წარმოქმნას. ბადის დეფექტები (როგორიცაა ვაკანსიები და დისლოკაციები) ასევე გახდება ადგილები, სადაც დაძაბულობა კონცენტრირდება.

როდესაც გარე ძალები მოქმედებენ, ეს სუსტი წერტილები და დაძაბულობის კონცენტრაციის წერტილები უფრო მეტად იწვევს კოვალენტური ბმების გაწყვეტას, რაც იწვევს სილიციუმის მასალის ამ ადგილებიდან გაწყვეტას, რაც ამძაფრებს მის სიმყიფეს. მაშინაც კი, თუ თავდაპირველად ის ატომებს შორის კოვალენტურ ბმებს ეყრდნობოდა უფრო მაღალი სიმტკიცის მქონე სტრუქტურის ასაშენებლად, გარე ძალების ზემოქმედების ქვეშ მყიფე მოტეხილობის თავიდან აცილება რთულია.