સિલિકોન (Si): રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોની ઝાંખી

સિલિકોન (Si) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 14 માં આવેલું એક મેટલોઇડ તત્વ છે, જે તેના અર્ધવાહક ગુણધર્મો અને મજબૂત સહસંયોજક બંધ બનાવવાની ક્ષમતા માટે જાણીતું છે.

• વિદ્યુતઋણતા: 1.90 (પૉલિંગ સ્કેલ).
• બંધન: મુખ્યત્વે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે, ઘણીવાર 4 ની સંયોજકતા દર્શાવે છે.
• ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: મુખ્યત્વે +4, જ્યારે +2 ઓછી સામાન્ય અને સ્થિર હોય છે.
• પ્રતિક્રિયાશીલતા: સામાન્ય રીતે ધાતુઓ કરતાં ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે પરંતુ ઊંચા તાપમાને કાર્બન કરતાં વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે, જે મજબૂત Si-Si અને Si-O બંધને કારણે છે. સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) નું પાતળું, રક્ષણાત્મક સ્તર તેને ઘણીવાર નિષ્ક્રિય બનાવે છે.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા

સિલિકોન ઓરડાના તાપમાને પ્રમાણમાં અપ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે પરંતુ ઊંચા તાપમાને ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

• ઓક્સિજન (હવા) સાથે: સિલિકોન 800 °C થી વધુ તાપમાને ઓક્સિજનમાં બળીને સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ બનાવે છે. આ ઓક્સાઇડ સ્તર રક્ષણાત્મક હોય છે અને મધ્યમ તાપમાને વધુ ઓક્સિડેશન અટકાવે છે. Si(s) + O₂(g) --(Heat)--> SiO₂(s)

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં સિલિકોન પાણી અને વરાળ પ્રત્યે નોંધપાત્ર રીતે નિષ્ક્રિય હોય છે.

• પાણી/વરાળ સાથે: સિલિકોન ઊંચા તાપમાને પણ પાણી કે વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી. આ નિષ્ક્રિયતા તેની સપાટી પર સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) ના સ્થિર, રક્ષણાત્મક સ્તરની રચનાને કારણે છે, જે પાણીના અણુઓને સિલિકોનના પરમાણુઓ સુધી પહોંચતા અટકાવે છે.

એસિડ અને બેઝની ક્રિયા

સિલિકોન એસિડ સાથે પસંદગીયુક્ત પ્રતિક્રિયાશીલતા દર્શાવે છે અને પ્રબળ બેઝ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

એસિડની ક્રિયા

• બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HCl, મંદ H₂SO₄): સિલિકોન બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ સાથે અપ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે.
• ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HNO₃): સિલિકોન શુદ્ધ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી. જોકે, તે સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ અને હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડના મિશ્રણ સાથે જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપે છે. હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડ રક્ષણાત્મક SiO₂ સ્તરને ઓગાળી નાખે છે અને સિલિકોન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ફ્લોરોસિલિસિક એસિડ બનાવે છે. 3Si(s) + 4HNO₃(aq) + 18HF(aq) → 3H₂SiF₆(aq) + 4NO(g) + 8H₂O(l)
• હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડ (HF): હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડ સરળતાથી સિલિકોન પર હુમલો કરે છે, આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર એચિંગમાં થાય છે. Si(s) + 6HF(aq) → H₂SiF₆(aq) + 2H₂(g)

બેઝની ક્રિયા

• પ્રબળ ગરમ આલ્કલીઝ: સિલિકોન ગરમ, સાંદ્ર પ્રબળ આલ્કલીઝ (દા.ત., NaOH, KOH) ના દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને દ્રાવ્ય સિલિકેટ્સ બનાવે છે અને હાઈડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. Si(s) + 2NaOH(aq) + H₂O(l) --(Heat)--> Na₂SiO₃(aq) + 2H₂(g)

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

સિલિકોનની ઓળખ સામાન્ય રીતે તેના સંયોજનો, ખાસ કરીને સિલિકેટ્સ (SiO₃²⁻ આયનો) દ્વારા કરવામાં આવે છે. મૂળભૂત સિલિકોનને નિયમિત ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં સામાન્ય રીતે ઓળખવામાં આવતો નથી.

સિલિકેટ્સની ઓળખ (SiO₃²⁻)

1. એસિડિફિકેશન પરીક્ષણ: જ્યારે દ્રાવ્ય સિલિકેટ દ્રાવણ (દા.ત., સોડિયમ સિલિકેટ) ને મંદ હાઈડ્રોક્લોરિક એસિડ વડે એસિડિક બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે સિલિસિક એસિડ (H₂SiO₃) નો જેલી જેવો અવક્ષેપ બને છે. Na₂SiO₃(aq) + 2HCl(aq) → H₂SiO₃(s)↓ + 2NaCl(aq) સિલિસિક એસિડનો અવક્ષેપ (ઘણીવાર SiO₂·nH₂O તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે) ગરમ કરવાથી નિર્જળીકરણ પામીને સિલિકા જેલ બનાવી શકે છે.

2. એમોનિયમ મોલિબડેટ પરીક્ષણ: મંદ નાઈટ્રિક એસિડ વડે એસિડિક બનાવેલા સિલિકેટ દ્રાવણમાં એમોનિયમ મોલિબડેટ દ્રાવણ ઉમેરીને ગરમ કરવાથી, લાક્ષણિક પીળો રંગ અથવા અવક્ષેપ બને છે. આ સિલિકોમોલિબડિક એસિડ અથવા તેના એમોનિયમ ક્ષાર, જે એક હેટરોપોલી એસિડ સંકીર્ણ છે, તેની રચનાને કારણે થાય છે. નિરીક્ષણ: પીળો રંગ અથવા અવક્ષેપ. મુખ્ય પ્રક્રિયકો: સિલિકેટ આયન, એમોનિયમ મોલિબડેટ, મંદ નાઈટ્રિક એસિડ. ઉત્પાદન (સામાન્ય): સિલિકોમોલિબડિક એસિડ (દા.ત., H₄[Si(Mo₁₂O₄₀)]) અથવા તેનો એમોનિયમ ક્ષાર (દા.ત., (NH₄)₄[Si(Mo₁₂O₄₀)]). આ જટિલ પ્રતિક્રિયાનું ચોક્કસ પ્રમાણ માધ્યમિક શાળામાં ઘણીવાર સરળ બનાવવામાં આવે છે.