Bakit ang silicon ay napakatigas ngunit napakababasag?

Silikonay isang atomikong kristal, na ang mga atomo ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mga covalent bond, na bumubuo ng isang spatial network structure. Sa istrukturang ito, ang mga covalent bond sa pagitan ng mga atomo ay napakadireksyonal at may mataas na enerhiya ng bond, na nagpapamalas ng mataas na katigasan ng silicon kapag nilalabanan ang mga panlabas na puwersa upang baguhin ang hugis nito. Halimbawa, nangangailangan ng malaking panlabas na puwersa upang sirain ang malakas na koneksyon ng covalent bond sa pagitan ng mga atomo.

Gayunpaman, dahil mismo sa regular at medyo matibay na katangian ng istruktura ng kristal atomiko nito kung kaya't kapag ito ay sumailalim sa isang malaking puwersa ng pagtama o hindi pantay na panlabas na puwersa, ang sala-sala sa loobsilikonMahirap i-buffer at ikalat ang panlabas na puwersa sa pamamagitan ng lokal na deformasyon, ngunit magiging sanhi ito ng pagkabasag ng mga covalent bond sa ilang mahihinang crystal plane o direksyon ng kristal, na magiging sanhi ng pagkabasag ng buong istruktura ng kristal at pagpapakita ng mga katangiang malutong. Hindi tulad ng mga istrukturang tulad ng mga metal na kristal, may mga ionic bond sa pagitan ng mga atomo ng metal na maaaring medyo dumulas, at maaari silang umasa sa pag-slide sa pagitan ng mga atomic layer upang umangkop sa mga panlabas na puwersa, na nagpapakita ng mahusay na ductility at hindi madaling mabasag na malutong.

SilikonAng mga atomo ay konektado sa pamamagitan ng mga covalent bond. Ang esensya ng mga covalent bond ay ang malakas na interaksyon na nabuo ng mga pares ng elektron na pinagsasaluhan sa pagitan ng mga atomo. Bagama't ang bond na ito ay maaaring matiyak ang katatagan at katigasan ngkristal na silikonSa istruktura, mahirap para sa covalent bond na makabawi kapag naputol na ito. Kapag ang puwersang inilapat ng panlabas na mundo ay lumampas sa limitasyon na kayang tiisin ng covalent bond, mapuputul ang bond, at dahil walang mga salik tulad ng malayang gumagalaw na mga electron tulad ng sa mga metal upang makatulong sa pag-aayos ng pagkaputol, muling maitatag ang koneksyon, o umasa sa delocalization ng mga electron upang ikalat ang stress, madali itong mabasag at hindi mapapanatili ang pangkalahatang integridad sa pamamagitan ng sarili nitong mga panloob na pagsasaayos, na nagiging sanhi ng pagiging napaka-malutong ng silicon.

Sa mga praktikal na aplikasyon, ang mga materyales na silikon ay kadalasang mahirap maging ganap na puro, at magtataglay ng ilang mga dumi at depekto sa lattice. Ang pagsasama ng mga atomo ng impurity ay maaaring makagambala sa orihinal na regular na istruktura ng lattice ng silikon, na magdudulot ng mga pagbabago sa lokal na lakas ng kemikal na bono at ang paraan ng pagbubuklod sa pagitan ng mga atomo, na magreresulta sa mga mahihinang bahagi sa istruktura. Ang mga depekto sa lattice (tulad ng mga bakante at dislokasyon) ay magiging mga lugar din kung saan puro ang stress.

Kapag kumilos ang mga panlabas na puwersa, ang mga mahihinang bahaging ito at mga punto ng konsentrasyon ng stress ay mas malamang na maging sanhi ng pagkabasag ng mga covalent bond, na nagiging sanhi ng pagsisimulang maputol ng materyal na silicon mula sa mga lugar na ito, na nagpapalala sa pagiging malutong nito. Kahit na orihinal itong umasa sa mga covalent bond sa pagitan ng mga atomo upang bumuo ng isang istruktura na may mas mataas na tigas, mahirap maiwasan ang malutong na pagkabali sa ilalim ng epekto ng mga panlabas na puwersa.