সিলিকন (Si): ধর্ম, বিক্রিয়া ও ব্যবহার

ভূমিকা

সিলিকন (Si) পৃথিবীর ভূত্বকে দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল, যা ভর অনুসারে প্রায় 28%। এটি একটি ধাতুকল্প (metalloid), যার ধর্ম ধাতু এবং অধাতুর মাঝামাঝি। প্রাথমিকভাবে এটি অক্সাইড রূপে সিলিকন ডাই অক্সাইড (সিলিকা) এবং সিলিকেট হিসাবে পাওয়া যায়। সিলিকন ভূতত্ত্ব, নির্মাণ এবং আধুনিক প্রযুক্তির মূল ভিত্তি তৈরি করে। এর অনন্য ইলেকট্রনিক ধর্ম এটিকে অর্ধপরিবাহী শিল্পে অপরিহার্য করে তুলেছে, যা ডিজিটাল যুগকে চালিত করছে।

CBSE/JEE দ্রুত পুনর্বিবেচনা নোট

• পারমাণবিক সংখ্যা: 14
• পারমাণবিক ভর: 28.085 u
• প্রতীক: Si
• গ্রুপ: 14 (কার্বন পরিবার, p-ব্লক মৌল)
• পর্যায়: 3
• প্রকৃতি: ধাতুকল্প (Metalloid)
• যোজ্যতা: 4 (চতুর্যোজী)
• তড়িৎ ঋণাত্মকতা (পলিং): 1.90
• সাধারণ জারণ অবস্থা: +4, +2 (কম স্থিতিশীল), -4 (সিলিসাইডে)
• বহুরূপতা: অনিয়তাকার (বাদামী গুঁড়ো) এবং স্ফটিকাকার (ধূসর, ধাতব দ্যুতি) রূপে বিদ্যমান।
• বন্ধন প্রবণতা: প্রধানত শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন গঠন করে।

ইলেকট্রন বিন্যাস ও বন্ধন আচরণ

সিলিকনের ইলেকট্রন বিন্যাস হলো 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² অথবা [Ne] 3s² 3p²। এর সবচেয়ে বাইরের কক্ষে (n=3) চারটি যোজ্যতা ইলেকট্রন রয়েছে।

1. সমযোজী বন্ধন: এর মধ্যম তড়িৎ ঋণাত্মকতা এবং চারটি যোজ্যতা ইলেকট্রনের কারণে, সিলিকন প্রধানত সমযোজী বন্ধন গঠন করে। বেশিরভাগ যৌগে, এটি +4 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে, চারটি একক সমযোজী বন্ধন তৈরি করে, যা প্রায়শই একটি চতুস্তলকীয় জ্যামিতি গ্রহণ করে (উদাহরণস্বরূপ, SiO₂, SiCl₄)।
2. নেটওয়ার্ক কাঠামো: সিলিকন প্রসারিত সমযোজী নেটওয়ার্ক গঠন করতে প্রবণ। উদাহরণস্বরূপ, এর মৌলিক স্ফটিকাকার রূপে, প্রতিটি সিলিকন পরমাণু অন্য চারটি সিলিকন পরমাণুর সাথে চতুস্তলকীয়ভাবে আবদ্ধ থাকে, যা একটি হীরকের মতো কাঠামো তৈরি করে।
3. Si-O বন্ধন: অক্সিজেনের সাথে শক্তিশালী বন্ধন (Si-O-Si) গঠনের সিলিকনের প্রবণতা একটি সংজ্ঞায়িত বৈশিষ্ট্য, যা সিলিকেট এবং সিলিকার স্থায়িত্ব ও প্রাচুর্যের দিকে নিয়ে যায়। সিলিকনের খালি d-অরবিটাল থাকার কারণে অক্সিজেনের নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়ার সাথে ব্যাক-বন্ডিং-এর জন্য এবং বৃহত্তর আকারের পার্থক্যের কারণে নির্দিষ্ট কিছু ক্ষেত্রে উন্নত অরবিটাল ওভারল্যাপের জন্য C-O বন্ধনের চেয়ে এই বন্ধনের শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি।
4. একাধিক বন্ধনের অনুপস্থিতি: কার্বনের মতো, সিলিকন সহজেই স্থিতিশীল pπ-pπ একাধিক বন্ধন (যেমন, Si=Si, Si=O) গঠন করে না কারণ এর 3p অরবিটালগুলির আকার বড়, যার ফলে পার্শ্বীয় ওভারল্যাপ দুর্বল হয়।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া

1. অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া: উচ্চ তাপমাত্রায়, সিলিকন অক্সিজেনের সাথে সহজেই বিক্রিয়া করে সিলিকন ডাই অক্সাইড তৈরি করে। Si(s) + O₂(g) → SiO₂(s)

2. হ্যালোজেনের সাথে বিক্রিয়া: সিলিকন হ্যালোজেনগুলির সাথে তীব্রভাবে বিক্রিয়া করে টেট্রাহ্যালাইড গঠন করে। Si(s) + 2Cl₂(g) → SiCl₄(l) (সিলিকন টেট্রাক্লোরাইড)

3. শক্তিশালী ক্ষারকের (অ্যালকালি) সাথে বিক্রিয়া: সিলিকন গরম ঘন ক্ষারীয় দ্রবণে দ্রবীভূত হয়ে সিলিকেট তৈরি করে এবং হাইড্রোজেন গ্যাস মুক্ত করে। Si(s) + 2NaOH(aq) + H₂O(l) → Na₂SiO₃(aq) + 2H₂(g) (সোডিয়াম সিলিকেট)

4. ম্যাগনেসিয়াম সিলিকেট গঠন: সিলিকন ম্যাগনেসিয়ামের মতো সক্রিয় ধাতুগুলির সাথে বিক্রিয়া করে সিলিসাইড গঠন করতে পারে, যা সিলেন তৈরির পূর্বসূচক। 2Mg(s) + Si(s) → Mg₂Si(s)

5. ম্যাগনেসিয়াম সিলিকেট থেকে সিলেন প্রস্তুতি: ম্যাগনেসিয়াম সিলিকেট অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে সিলেন (সিলিকন হাইড্রাইড) উৎপন্ন করে। Mg₂Si(s) + 4HCl(aq) → 2MgCl₂(aq) + SiH₄(g)

শিল্প ও জৈবিক গুরুত্ব

শিল্প গুরুত্ব

1. অর্ধপরিবাহী: অতি বিশুদ্ধ সিলিকন ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (মাইক্রোচিপস), ট্রানজিস্টর, ডায়োড এবং ফটোভোলটাইক কোষ (সৌর কোষ) এর মৌলিক উপাদান। এর অর্ধপরিবাহী ধর্মাবলী বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে সাহায্য করে।
2. সংকর ধাতু:
   • ফেরোসিলিকন: লোহা এবং সিলিকনের একটি সংকর ধাতু, যা প্রধানত ইস্পাত উৎপাদনে ডিঅক্সিডাইজার হিসাবে এবং শক্তি ও স্থিতিস্থাপকতা উন্নত করার জন্য একটি সংকরকারী উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
   • সিলিকন-অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতু: হালকা এবং শক্তিশালী, যা ইঞ্জিন ব্লক এবং মহাকাশ যন্ত্রাংশে ব্যবহৃত হয়।
3. সিলিকন: সিলিকন-অক্সিজেন ব্যাকবোন (-Si-O-Si-) সহ সিন্থেটিক পলিমারগুলির একটি শ্রেণী যার সিলিকন পরমাণুর সাথে জৈব গ্রুপ সংযুক্ত থাকে। তাদের তাপীয় স্থায়িত্ব, রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তা এবং জল-প্রতিরোধক ধর্মের কারণে এগুলি লুব্রিকেন্ট, সিল্যান্ট, আঠালো পদার্থ, মেডিকেল ইমপ্ল্যান্ট, প্রসাধনী এবং জল-প্রতিরোধক হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
4. সিরামিক এবং কাচ:
   • সিলিকা (SiO₂): বালি, কোয়ার্টজ এবং কাচের প্রাথমিক উপাদান। উচ্চ-বিশুদ্ধ সিলিকা কাচ অপটিক্যাল ফাইবারে ব্যবহৃত হয়।
   • সিলিকন কার্বাইড (SiC): একটি অত্যন্ত কঠিন পদার্থ, যা অ্যাব্রেসিভ, রিফ্র্যাক্টরি উপকরণ এবং উচ্চ-তাপমাত্রার অর্ধপরিবাহী যন্ত্রে ব্যবহৃত হয়।
5. নির্মাণ: সিলিকন যৌগগুলি সিমেন্ট, কংক্রিট, ইট এবং সিরামিকের গুরুত্বপূর্ণ উপাদান।

জৈবিক গুরুত্ব

1. কাঠামোগত উপাদান: সিলিকন কিছু নিম্ন জীব যেমন ডায়াটম এবং স্পঞ্জ-এর জন্য একটি অপরিহার্য ট্রেস মৌল, যেখানে এটি হাইড্রेटेड সিলিকা কঙ্কাল এবং কাঠামোগত উপাদান তৈরি করে।
2. সংযোজক কলা: উচ্চতর প্রাণী এবং মানুষের মধ্যে, সিলিকন সংযোজক কলা, হাড় এবং তরুণাস্থিতে উপস্থিত থাকে। যদিও মানব শারীরবিদ্যায় এর সঠিক জৈব-রাসায়নিক ভূমিকা এখনও গবেষণার একটি সক্রিয় ক্ষেত্র, তবে এটি হাড়ের খনিজকরণ এবং কোলাজেন গঠনে ভূমিকা পালন করে বলে মনে করা হয়। ক্যালসিয়াম বা লোহার মতো মৌলগুলির মতো এটি বর্তমানে মানব বেঁচে থাকার জন্য সর্বজনীনভাবে অপরিহার্য পুষ্টি হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয় না।