सिलिकॉन (Si) की परमाणु संरचना और रासायनिक आबंध

परमाणु प्राचलों का परिचय

सिलिकॉन (Si) समूह 14 का दूसरा तत्व है और आवर्त सारणी में 14वाँ तत्व है। इसके परमाणु प्राचल इसके रासायनिक व्यवहार को समझने के लिए मौलिक हैं।

• परमाणु संख्या (Z): 14
  • नाभिक में 14 प्रोटॉन को इंगित करता है।
  • एक उदासीन परमाणु में, यह 14 इलेक्ट्रॉनों को भी इंगित करता है।
• द्रव्यमान संख्या (A): सबसे आम समस्थानिक सिलिकॉन-28 ($^\{28\}\text\{Si\}$) है।
  • प्रोटॉन की संख्या: 14
  • न्यूट्रॉन की संख्या: A - Z = 28 - 14 = 14
• औसत परमाणु द्रव्यमान: 28.0855 u (यह समस्थानिकों $^\{28\}\text\{Si\}$, $^\{29\}\text\{Si\}$, $^\{30\}\text\{Si\}$ की प्राकृतिक प्रचुरता को दर्शाता है)।
• समूह: 14 (कार्बन परिवार)
• आवर्त: 3

उपकोष इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

विभिन्न उपकोषों में इलेक्ट्रॉनों का वितरण सिलिकॉन के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

• संकेतन (आफबाऊ सिद्धांत):

  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²
  

• कक्षीय आरेख (संयोजक कोश):

  • संयोजक कोश तीसरा ऊर्जा स्तर (n=3) है।
  • संयोजक इलेक्ट्रॉन: 4 (3s में दो, 3p में दो)।

  3s:  [↑↓]
  3p:  [↑ ][↑ ][  ]
  

  यह विन्यास मूल अवस्था में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन दिखाता है।

संयोजक इलेक्ट्रॉन और संयोजकता

समूह 14 में सिलिकॉन की स्थिति इसके संयोजक इलेक्ट्रॉनों और विशिष्ट संयोजकता से संबंधित विशिष्ट विशेषताओं को दर्शाती है।

• संयोजक इलेक्ट्रॉन: 4 (3s² 3p² विन्यास से)। ये सबसे बाहरी कोश में मौजूद इलेक्ट्रॉन होते हैं जो रासायनिक आबंधन में भाग लेते हैं।
• संयोजकता: 4। सिलिकॉन चतुःसंयोजक है।
  • एक स्थिर अष्टक विन्यास (आर्गन की तरह, [Ne]3s²3p⁶) प्राप्त करने के लिए, सिलिकॉन सैद्धांतिक रूप से कर सकता है:
    1. Si⁴⁻ बनाने के लिए 4 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करें (इसके लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो असामान्य है)।
    2. Si⁴⁺ बनाने के लिए 4 इलेक्ट्रॉन खो दें (इसके लिए बहुत अधिक आयनीकरण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो साधारण आयनिक यौगिकों में असामान्य है)।
    3. 4 सहसंयोजक आबंध बनाने के लिए 4 इलेक्ट्रॉनों को साझा करें। यह इसकी मध्यवर्ती वैद्युतीयऋणात्मकता (पॉलिंग पैमाने पर 1.90) और कार्बन की तुलना में अपेक्षाकृत बड़े परमाणु आकार के कारण सबसे अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल मार्ग है।
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
  • +4: सबसे आम, ऑक्साइड, हैलाइड, सिलिकेट आदि में देखा जाता है।
  • -4: अत्यधिक धनात्मक विद्युत धातु (जैसे, Mg₂Si) वाले सिलिसाइड में पाया जाता है।

आबंधन व्यवहार

सिलिकॉन मुख्य रूप से सहसंयोजक आबंध बनाता है क्योंकि इसमें एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए अपने चार संयोजक इलेक्ट्रॉनों को साझा करने की प्रवृत्ति होती है।

संकरण

• मूल अवस्था विन्यास: 3s² 3pₓ¹ 3py¹ 3pz⁰ (दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)।
• उत्तेजित अवस्था विन्यास (आबंधन के लिए): 3s कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन को खाली 3pz कक्षक में बढ़ावा दिया जाता है।

  3s:  [↑ ]
  3p:  [↑ ][↑ ][↑ ]
  

  यह चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है।
• संकरण: ये चार परमाणु कक्षक (एक 3s और तीन 3p कक्षक) संकरित होकर चार समतुल्य sp³ संकर कक्षक बनाते हैं। ये sp³ कक्षक एक नियमित चतुष्फलक के कोनों की ओर निर्देशित होते हैं।

आबंध प्रकार और ज्यामिति

• सहसंयोजक आबंधन: सिलिकॉन लगभग विशेष रूप से सहसंयोजक आबंध बनाता है।
• आणविक ज्यामिति: जब सिलिकॉन चार एकल आबंध बनाता है, तो यह आमतौर पर sp³ संकरण के कारण सिलिकॉन परमाणु के चारों ओर एक चतुष्फलकीय ज्यामिति अपनाता है, जिसमें आबंध कोण 109.5° के करीब होते हैं।

विशिष्ट यौगिक उदाहरण

1. तत्वीय सिलिकॉन (Si):

   • हीरे के समान एक विशाल सहसंयोजक नेटवर्क संरचना बनाता है।
   • प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु sp³ संकरित होता है और चतुष्फलकीय व्यवस्था में चार अन्य सिलिकॉन परमाणुओं से सहसंयोजक रूप से बंधा होता है।
   • यह इसकी कठोरता, उच्च गलनांक और अर्धचालक गुणों की ओर ले जाता है।

2. सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड (SiCl₄):

   • एक आणविक सहसंयोजक यौगिक।
   • केंद्रीय सिलिकॉन परमाणु sp³ संकरित होता है।
   • चार क्लोरीन परमाणुओं के साथ चार सहसंयोजक आबंध बनाता है।
   • ज्यामिति: चतुष्फलकीय।

3. सिलानेस (उदाहरण के लिए, SiH₄ - मोनोसिलैन):

   • सहसंयोजक आणविक यौगिक, एल्केन्स के समान।
   • SiH₄ में, सिलिकॉन परमाणु sp³ संकरित होता है और चार हाइड्रोजन परमाणुओं से बंधा होता है।
   • ज्यामिति: चतुष्फलकीय।

4. सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂ - सिलिका):

   • एक विशाल सहसंयोजक नेटवर्क ठोस (जैसे, क्वार्ट्ज)।
   • प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु sp³ संकरित होता है और चतुष्फलकीय व्यवस्था में चार ऑक्सीजन परमाणुओं से सहसंयोजक रूप से बंधा होता है।
   • प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु, बदले में, दो सिलिकॉन परमाणुओं को जोड़ता है।
   • SiO₂ सूत्र अनुभवजन्य अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है, न कि असतत अणुओं का। नेटवर्क संरचना इसके उच्च गलनांक और कठोरता के लिए जिम्मेदार है।

5. सिलिकॉन कार्बाइड (SiC - कार्बोरांडम):

   • एक कठोर, अपघर्षक विशाल सहसंयोजक नेटवर्क ठोस।
   • हीरे के समान, प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु sp³ संकरित होता है और चार कार्बन परमाणुओं से बंधा होता है, और प्रत्येक कार्बन परमाणु चार सिलिकॉन परमाणुओं से बंधा होता है, जिससे एक मजबूत चतुष्फलकीय नेटवर्क बनता है।