सिलिकॉन इतना कठोर लेकिन इतना भंगुर क्यों है?

सिलिकॉनएक 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 बंधन बहुत दिशात्मक होते हैं और उनमें उच्च बंधन ऊर्जा होती है, जिससे सिलिकॉन अपने आकार को बदलने के लिए बाहरी ताकतों का विरोध करते समय उच्च कठोरता दिखाता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंधन कनेक्शन को नष्ट करने के लिए एक बड़े बाहरी बल की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, यह इसके परमाणु क्रिस्टल की नियमित और अपेक्षाकृत कठोर संरचनात्मक विशेषताओं के कारण ही है कि जब यह एक बड़े प्रभाव बल या असमान बाहरी बल के अधीन होता है, तो अंदर की जालीसिलिकॉनस्थानीय विरूपण के माध्यम से बाहरी बल को बफर करना और फैलाना मुश्किल है, लेकिन सहसंयोजक बंधन कुछ कमजोर क्रिस्टल विमानों या क्रिस्टल दिशाओं के साथ टूटने का कारण बनेंगे, जिससे संपूर्ण क्रिस्टल संरचना टूट जाएगी और भंगुर विशेषताओं को दिखाएगी। धातु क्रिस्टल जैसी संरचनाओं के विपरीत, धातु परमाणुओं के बीच आयनिक बंधन होते हैं जो अपेक्षाकृत स्लाइड कर सकते हैं, और वे बाहरी ताकतों 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 होता है।

सिलिकॉनपरमाणु सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। सहसंयोजक बंधों का सार परमाणुओं के बीच साझा इलेक्ट्रॉन जोड़े द्वारा गठित मजबूत अंतःक्रिया है। हालाँकि यह बंधन स्थिरता और कठोरता सुनिश्चित कर सकता हैसिलिकॉन क्रिस्टलसंरचना, एक बार टूट जाने के बाद सहसंयोजक बंधन को 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 की तरह स्वतंत्र रूप से घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों जैसे कोई कारक नहीं हैं जो टूटने की मरम्मत, कनेक्शन को फिर से स्थापित करने में मदद करते हैं, या तनाव को फैलाने के लिए इलेक्ट्रॉनों के डेलोकलाइज़ेशन पर भरोसा करें, इसे क्रैक 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 पूरी तरह से शुद्ध होना अक्सर मुश्किल होता है, और इसमें कुछ अशुद्धियाँ और जाली दोष 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 संबंध मोड में परिवर्तन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संरचना में कमजोर क्षेत्र हो सकते हैं। जाली दोष (जैसे रिक्तियां और अव्यवस्थाएं) भी ऐसे स्थान बन जाएंगे जहां तनाव केंद्रित है।

जब बाहरी ताकतें कार्य करती हैं, तो इन कमजोर स्थानों और तनाव एकाग्रता बिंदुओं के कारण सहसंयोजक बंधनों के टूटने की अधिक संभावना होती है, जिससे सिलिकॉन सामग्री इन स्थानों से टूटना शुरू हो जाती है, जिससे इसकी भंगुरता बढ़ जाती है। भले ही यह मूल रूप से उच्च कठोरता के साथ संरचना बनाने के लिए परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन पर निर्भर था, बाहरी ताकतों के प्रभाव के तहत भंगुर फ्रैक्चर से बचना मुश्किल है।