सिलिकॉन इतके कठीण पण इतके ठिसूळ का आहे?

सिलिकॉनहा एक अणु स्फटिक आहे, ज्याचे अणू सहसंयोजक बंधांनी एकमेकांशी जोडलेले असतात, ज्यामुळे एक अवकाशीय नेटवर्क रचना तयार होते. या रचनेत, अणूंमधील सहसंयोजक बंध खूप दिशात्मक असतात आणि उच्च बंध ऊर्जा असते, ज्यामुळे सिलिकॉन बाह्य शक्तींना प्रतिकार करताना त्याचा आकार बदलताना उच्च कडकपणा दाखवतो. उदाहरणार्थ, अणूंमधील मजबूत सहसंयोजक बंध कनेक्शन नष्ट करण्यासाठी मोठ्या बाह्य शक्तीची आवश्यकता असते.

तथापि, त्याच्या अणुस्फटिकाच्या नियमित आणि तुलनेने कडक संरचनात्मक वैशिष्ट्यांमुळेच जेव्हा ते मोठ्या आघात बलाच्या किंवा असमान बाह्य बलाच्या अधीन होते, तेव्हा आतील जाळीसिलिकॉनस्थानिक विकृतीद्वारे बाह्य शक्तीला बफर करणे आणि विखुरणे कठीण आहे, परंतु काही कमकुवत क्रिस्टल प्लेन किंवा क्रिस्टल दिशानिर्देशांसह सहसंयोजक बंध तुटतील, ज्यामुळे संपूर्ण क्रिस्टल रचना तुटेल आणि ठिसूळ वैशिष्ट्ये दर्शवेल. धातूच्या क्रिस्टल्ससारख्या रचनांपेक्षा, धातूच्या अणूंमध्ये आयनिक बंध आहेत जे तुलनेने सरकू शकतात आणि ते बाह्य शक्तींशी जुळवून घेण्यासाठी अणू थरांमधील सरकण्यावर अवलंबून राहू शकतात, चांगली लवचिकता दर्शवितात आणि ठिसूळ तोडणे सोपे नाही.

सिलिकॉनअणू सहसंयोजक बंधांनी जोडलेले असतात. सहसंयोजक बंधांचे सार म्हणजे अणूंमधील सामायिक इलेक्ट्रॉन जोड्यांद्वारे तयार होणारा मजबूत संवाद. जरी हे बंध स्थिरता आणि कडकपणा सुनिश्चित करू शकतेसिलिकॉन क्रिस्टलसंरचनेनुसार, सहसंयोजक बंध तुटल्यानंतर तो पुन्हा निर्माण होणे कठीण असते. जेव्हा बाह्य जगाने लावलेले बल सहसंयोजक बंध सहन करू शकणार्‍या मर्यादेपेक्षा जास्त असते, तेव्हा बंध तुटतो आणि धातूंप्रमाणे मुक्तपणे फिरणारे इलेक्ट्रॉन ब्रेक दुरुस्त करण्यास, कनेक्शन पुन्हा स्थापित करण्यास किंवा ताण दूर करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनच्या डीलोकलायझेशनवर अवलंबून राहण्यासारखे कोणतेही घटक नसल्यामुळे, ते क्रॅक होणे सोपे आहे आणि त्याच्या स्वतःच्या अंतर्गत समायोजनांद्वारे एकूण अखंडता राखू शकत नाही, ज्यामुळे सिलिकॉन खूप ठिसूळ होतो.

व्यावहारिक वापरात, सिलिकॉन पदार्थ पूर्णपणे शुद्ध असणे अनेकदा कठीण असते आणि त्यात काही अशुद्धता आणि जाळीचे दोष असतात. अशुद्धता अणूंचा समावेश मूळ नियमित सिलिकॉन जाळीच्या संरचनेत व्यत्यय आणू शकतो, ज्यामुळे स्थानिक रासायनिक बंध शक्ती आणि अणूंमधील बंधन मोडमध्ये बदल होऊ शकतात, ज्यामुळे संरचनेत कमकुवत क्षेत्रे निर्माण होतात. जाळीचे दोष (जसे की रिक्त जागा आणि विस्थापन) देखील अशा ठिकाणी बनतील जिथे ताण केंद्रित असेल.

जेव्हा बाह्य शक्ती कार्य करतात, तेव्हा हे कमकुवत ठिपके आणि ताण एकाग्रता बिंदू सहसंयोजक बंध तुटण्याची शक्यता जास्त असते, ज्यामुळे सिलिकॉन पदार्थ या ठिकाणांपासून तुटू लागतो, ज्यामुळे त्याची ठिसूळता वाढते. जरी ते मूळतः उच्च कडकपणा असलेली रचना तयार करण्यासाठी अणूंमधील सहसंयोजक बंधांवर अवलंबून असले तरी, बाह्य शक्तींच्या प्रभावाखाली ठिसूळ फ्रॅक्चर टाळणे कठीण आहे.