რატომ არის სილიციუმი ასეთი მყარი, მაგრამ ასეთი მყიფე?

სილიკონიარის ატომური კრისტალი, რომლის ატომები ერთმანეთთან დაკავშირებულია კოვალენტური ბმებით, ქმნიან სივრცითი ქსელის სტრუქტურას. ამ სტრუქტურაში, ატომებს შორის კოვალენტური ბმები ძალიან მიმართულია და აქვს კავშირის მაღალი ენერგია, რის გამოც სილიკონი ავლენს მაღალ სიმტკიცეს, როდესაც წინააღმდეგობას უწევს გარე ძალებს მისი ფორმის შესაცვლელად. მაგალითად, ატომებს შორის ძლიერი კოვალენტური კავშირის განადგურებას დიდი გარეგანი ძალა სჭირდება.

თუმცა, სწორედ მისი ატომური კრისტალის რეგულარული და შედარებით ხისტი სტრუქტურული მახასიათებლების გამო, როდესაც მას ექვემდებარება დიდი დარტყმის ძალა ან არათანაბარი გარე ძალა, გისოსები შიგნითსილიკონიძნელია ბუფერული და გარე ძალის დაშლა ადგილობრივი დეფორმაციის გზით, მაგრამ გამოიწვევს კოვალენტური ბმების გაწყვეტას ზოგიერთი სუსტი ბროლის სიბრტყის ან ბროლის მიმართულებების გასწვრივ, რაც გამოიწვევს მთელი კრისტალური სტრუქტურის გატეხვას და მყიფე მახასიათებლებს. სტრუქტურებისგან განსხვავებით, როგორიცაა ლითონის კრისტალები, ლითონის ატომებს შორის არის იონური ბმები, რომლებსაც შეუძლიათ შედარებით სრიალება და მათ შეუძლიათ დაეყრდნონ ატომურ ფენებს შორის სრიალს გარე ძალებთან ადაპტაციისთვის, რაც აჩვენებს კარგ ელასტიურობას და ადვილი არ არის მყიფე.

სილიკონიატომები დაკავშირებულია კოვალენტური ბმებით. კოვალენტური ბმების არსი არის ძლიერი ურთიერთქმედება, რომელიც წარმოიქმნება ატომებს შორის საერთო ელექტრონული წყვილებით. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ბმას შეუძლია უზრუნველყოს მისი სტაბილურობა და სიმტკიცესილიკონის კრისტალისტრუქტურა, ძნელია კოვალენტური კავშირის აღდგენა მისი გატეხვის შემდეგ. როდესაც გარე სამყაროს მიერ გამოყენებული ძალა გადააჭარბებს იმ ზღვარს, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს კოვალენტურ კავშირს, ბმა იშლება და რადგან არ არსებობს ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ელექტრონების თავისუფლად მოძრაობა, როგორიცაა ლითონები, რომლებიც ხელს უწყობენ შეწყვეტის აღდგენას, კავშირის აღდგენას ან დაეყრდნონ ელექტრონების დელოკალიზაციას სტრესის გასაფანტად, ის ადვილად იშლება და ვერ შეინარჩუნებს მთლიან მთლიანობას საკუთარი შიდა კორექტირებით, რის გამოც სილიციუმი ძალიან მყიფეა.

პრაქტიკულ გამოყენებაში, სილიკონის მასალები ხშირად ძნელია იყოს აბსოლუტურად სუფთა და შეიცავს გარკვეულ მინარევებს და გისოსების დეფექტებს. მინარევების ატომების ჩართვამ შეიძლება დაარღვიოს თავდაპირველი რეგულარული სილიკონის გისოსის სტრუქტურა, რამაც გამოიწვიოს ცვლილებები ადგილობრივ ქიმიურ კავშირში და ატომებს შორის შემაკავშირებელ რეჟიმში, რაც გამოიწვევს სტრუქტურაში სუსტ უბნებს. გისოსების დეფექტები (როგორიცაა ვაკანსიები და დისლოკაციები) ასევე გახდება ადგილები, სადაც სტრესია კონცენტრირებული.

როდესაც გარე ძალები მოქმედებენ, ეს სუსტი ლაქები და სტრესის კონცენტრაციის წერტილები უფრო სავარაუდოა, რომ გამოიწვიოს კოვალენტური ბმების გაწყვეტა, რაც იწვევს სილიკონის მასალის რღვევას ამ ადგილებიდან, რაც ამძაფრებს მის მტვრევადობას. მაშინაც კი, თუ იგი თავდაპირველად ეყრდნობოდა ატომებს შორის კოვალენტურ კავშირებს უფრო მაღალი სიხისტის სტრუქტურის ასაშენებლად, ძნელია თავიდან აიცილოთ მყიფე მოტეხილობა გარე ძალების გავლენის ქვეშ.