সিলিকনের (Si) পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক পরামিতিগুলির পরিচিতি

সিলিকন (Si) গ্রুপ 14 এর দ্বিতীয় এবং পর্যায় সারণীর 14তম মৌল। এর পারমাণবিক পরামিতিগুলি এর রাসায়নিক আচরণ বোঝার জন্য অপরিহার্য।

• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 14
  • নিউক্লিয়াসে 14টি প্রোটন নির্দেশ করে।
  • একটি নিরপেক্ষ পরমাণুতে এটি 14টি ইলেকট্রনও নির্দেশ করে।
• ভর সংখ্যা (A): সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ হলো সিলিকন-28 ($^\{28\}\text\{Si\}$)।
  • প্রোটন সংখ্যা: 14
  • নিউট্রন সংখ্যা: A - Z = 28 - 14 = 14
• গড় পারমাণবিক ভর: 28.0855 u (আইসোটোপ $^\{28\}\text\{Si\}$, $^\{29\}\text\{Si\}$, $^\{30\}\text\{Si\}$ এর প্রাকৃতিক প্রাচুর্য প্রতিফলিত করে)।
• গ্রুপ: 14 (কার্বন পরিবার)
• পর্যায়: 3

উপশক্তিস্তর ইলেকট্রন বিন্যাস

বিভিন্ন উপশক্তিস্তরে ইলেকট্রনের বণ্টন সিলিকনের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।

• সংকেত (আউফবাউ নীতি):

  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²
  

• অরবিটাল ডায়াগ্রাম (যোজ্যতা কক্ষ):

  • যোজ্যতা কক্ষটি হলো তৃতীয় শক্তিস্তর (n=3)।
  • যোজ্যতা ইলেকট্রন: 4টি (3s-এ দুটি, 3p-তে দুটি)।

  3s:  [↑↓]
  3p:  [↑ ][↑ ][  ]
  

  এই বিন্যাসটি ভূমি অবস্থায় দুটি অযুগ্ম ইলেকট্রন দেখায়।

যোজ্যতা ইলেকট্রন ও যোজ্যতা

গ্রুপ 14-এ সিলিকনের অবস্থান এর যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং সাধারণ যোজ্যতা সংক্রান্ত নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে।

• যোজ্যতা ইলেকট্রন: 4টি (3s² 3p² বিন্যাস থেকে)। এগুলি হলো সর্ববহিঃস্থ কক্ষপথের ইলেকট্রন যা রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করে।
• যোজ্যতা: 4। সিলিকন চতুর্‌যোজী।
  • আর্গনের মতো একটি স্থিতিশীল অষ্টক বিন্যাস ([Ne]3s²3p⁶) অর্জনের জন্য, সিলিকন তাত্ত্বিকভাবে নিম্নলিখিত উপায়গুলি অবলম্বন করতে পারে:
    1. 4টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে Si⁴⁻ গঠন করা (এর জন্য উল্লেখযোগ্য শক্তির প্রয়োজন, যা অস্বাভাবিক)।
    2. 4টি ইলেকট্রন হারিয়ে Si⁴⁺ গঠন করা (এর জন্য খুব উচ্চ আয়নন শক্তির প্রয়োজন, যা সরল আয়নিক যৌগে অস্বাভাবিক)।
    3. 4টি ইলেকট্রন ভাগ করে 4টি সমযোজী বন্ধন গঠন করা। এটি এর মধ্যবর্তী তড়িৎঋণাত্মকতা (পাউলিং স্কেলে 1.90) এবং কার্বনের তুলনায় তুলনামূলকভাবে বড় পারমাণবিক আকারের কারণে সবচেয়ে শক্তিগতভাবে অনুকূল পথ।
• সাধারণ জারণ অবস্থা:
  • +4: সবচেয়ে সাধারণ, অক্সাইড, হ্যালাইড, সিলিকেট ইত্যাদিতে দেখা যায়।
  • -4: অত্যন্ত তড়িৎধনাত্মক ধাতুগুলির সাথে সিলিকেটগুলিতে পাওয়া যায় (যেমন, Mg₂Si)।

বন্ধন আচরণ

সিলিকন প্রধানত সমযোজী বন্ধন গঠন করে কারণ এটি একটি স্থিতিশীল অষ্টক অর্জনের জন্য তার চারটি যোজ্যতা ইলেকট্রন ভাগ করে নিতে চায়।

সংকরায়ণ

• ভূমি অবস্থা বিন্যাস: 3s² 3pₓ¹ 3py¹ 3pz⁰ (দুটি অযুগ্ম ইলেকট্রন)।
• উত্তেজিত অবস্থা বিন্যাস (বন্ধন গঠনের জন্য): 3s অরবিটাল থেকে একটি ইলেকট্রন খালি 3pz অরবিটালে উন্নীত হয়।

  3s:  [↑ ]
  3p:  [↑ ][↑ ][↑ ]
  

  এটি চারটি অযুগ্ম ইলেকট্রন সরবরাহ করে।
• সংকরায়ণ: এই চারটি পারমাণবিক অরবিটাল (একটি 3s এবং তিনটি 3p অরবিটাল) সংকরিত হয়ে চারটি সমতুল্য sp³ সংকর অরবিটাল গঠন করে। এই sp³ অরবিটালগুলি একটি সুষম চতুস্তলকের কোণগুলির দিকে নির্দেশিত থাকে।

বন্ধন প্রকার ও জ্যামিতি

• সমযোজী বন্ধন: সিলিকন প্রায় একচেটিয়াভাবে সমযোজী বন্ধন গঠন করে।
• আণবিক জ্যামিতি: যখন সিলিকন চারটি একক বন্ধন গঠন করে, তখন sp³ সংকরায়ণের কারণে এটি সাধারণত সিলিকন পরমাণুর চারপাশে একটি চতুস্তলকীয় জ্যামিতি ধারণ করে, যেখানে বন্ধন কোণগুলি 109.5° এর কাছাকাছি থাকে।

নির্দিষ্ট যৌগের উদাহরণ

1. মৌলিক সিলিকন (Si):

   • হীরকের মতো একটি বৃহৎ সমযোজী নেটওয়ার্ক কাঠামো গঠন করে।
   • প্রতিটি সিলিকন পরমাণু sp³ সংকরিত এবং চতুস্তলকীয় সজ্জায় চারটি অন্য সিলিকন পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকে।
   • এর ফলে এর কাঠিন্য, উচ্চ গলনাঙ্ক এবং অর্ধপরিবাহী বৈশিষ্ট্য দেখা যায়।

2. সিলিকন টেট্রাক্লোরাইড (SiCl₄):

   • একটি আণবিক সমযোজী যৌগ।
   • কেন্দ্রীয় সিলিকন পরমাণু sp³ সংকরিত।
   • চারটি ক্লোরিন পরমাণুর সাথে চারটি সমযোজী বন্ধন গঠন করে।
   • জ্যামিতি: চতুস্তলকীয়।

3. সিলেনস (যেমন, SiH₄ - মনোসিলেন):

   • অ্যালকেনগুলির মতো সমযোজী আণবিক যৌগ।
   • SiH₄ এ, সিলিকন পরমাণু sp³ সংকরিত এবং চারটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ।
   • জ্যামিতি: চতুস্তলকীয়।

4. সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO₂ - সিলিকা):

   • একটি বৃহৎ সমযোজী নেটওয়ার্ক কঠিন পদার্থ (যেমন, কোয়ার্টজ)।
   • প্রতিটি সিলিকন পরমাণু sp³ সংকরিত এবং চতুস্তলকীয় সজ্জায় চারটি অক্সিজেন পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকে।
   • প্রতিটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি সিলিকন পরমাণুকে সংযুক্ত করে।
   • SiO₂ সূত্রটি স্থূল অনুপাতকে বোঝায়, বিচ্ছিন্ন অণুকে নয়। নেটওয়ার্ক কাঠামোটি এর উচ্চ গলনাঙ্ক এবং কাঠিন্যের জন্য দায়ী।

5. সিলিকন কার্বাইড (SiC - কার্বোরান্ডাম):

   • একটি শক্ত, ঘর্ষণকারী বৃহৎ সমযোজী নেটওয়ার্ক কঠিন পদার্থ।
   • হীরকের মতো, প্রতিটি সিলিকন পরমাণু sp³ সংকরিত এবং চারটি কার্বন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ, এবং প্রতিটি কার্বন পরমাণু চারটি সিলিকন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ হয়ে একটি শক্তিশালী চতুস্তলকীয় নেটওয়ার্ক গঠন করে।