सिलिकॉन (Si): रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रिया

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

सिलिकॉन (Si) हे आवर्त सारणीतील गट 14 मधील एक धातूसदृश मूलद्रव्य आहे, जे त्याच्या अर्धसंवाहक गुणधर्मांसाठी आणि मजबूत सहसंयोजक बंध तयार करण्याच्या क्षमतेसाठी ओळखले जाते.

विद्युतऋणता: 1.90 (पॉलिंग स्केल).
बंध: प्रामुख्याने सहसंयोजक बंध तयार करते, अनेकदा 4 ची संयुजा दर्शवते.
ऑक्सिडेशन अवस्था: प्रामुख्याने +4, तर +2 कमी सामान्य आणि स्थिर आहे.
अभिक्रियाशीलता: धातूंपेक्षा सामान्यतः कमी अभिक्रियाशील, परंतु उच्च तापमानावर कार्बनपेक्षा जास्त अभिक्रियाशील असते कारण मजबूत Si-Si आणि Si-O बंध असतात. सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO₂) चा पातळ, संरक्षक थर अनेकदा त्याला निष्क्रिय बनवतो.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

सिलिकॉन सामान्य तापमानावर तुलनेने कमी अभिक्रियाशील असते, परंतु उच्च तापमानावर ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया करते.

ऑक्सिजनसोबत (हवा): 800 °C पेक्षा जास्त तापमानावर सिलिकॉन ऑक्सिजनमध्ये जळून सिलिकॉन डायऑक्साइड तयार करते. हा ऑक्साइड थर संरक्षक असतो आणि मध्यम तापमानावर पुढील ऑक्सिडेशनला प्रतिबंध करतो. Si(s) + O₂(g) --(Heat)--> SiO₂(s)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

सामान्य परिस्थितीत सिलिकॉन पाणी आणि वाफेच्या बाबतीत उल्लेखनीयपणे निष्क्रिय असते.

पाणी/वाफेशी: उच्च तापमानावरही सिलिकॉन पाणी किंवा वाफेशी अभिक्रिया करत नाही. ही निष्क्रियता त्याच्या पृष्ठभागावर सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO₂) चा स्थिर, संरक्षक थर तयार झाल्यामुळे असते, जो पाण्याच्या रेणूंना खालील सिलिकॉन अणूंपर्यंत पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करतो.

आम्ले आणि आम्लारिधर्मी पदार्थांची क्रिया

सिलिकॉन आम्लांसोबत निवडक अभिक्रियाशीलता दर्शवते आणि मजबूत आम्लारिधर्मी पदार्थांसोबत (bases) अभिक्रिया करते.

आम्लांची क्रिया

ऑक्सिडीकरण नसलेली आम्ले (उदा. HCl, विरल H₂SO₄): सिलिकॉन ऑक्सिडीकरण नसलेल्या आम्लांसोबत अभिक्रिया करत नाही.
ऑक्सिडीकरण करणारी आम्ले (उदा. HNO₃): सिलिकॉन शुद्ध नायट्रिक आम्लासोबत अभिक्रिया करत नाही. तथापि, ते तीव्र नायट्रिक आम्ल आणि हायड्रोफ्लोरिक आम्लाच्या मिश्रणासह तीव्रतेने अभिक्रिया करते. हायड्रोफ्लोरिक आम्ल संरक्षक SiO₂ थर विरघळवते आणि सिलिकॉनसोबत अभिक्रिया करून फ्लुओरोसिलिसिक आम्ल तयार करते. 3Si(s) + 4HNO₃(aq) + 18HF(aq) \rightarrow 3H₂SiF₆(aq) + 4NO(g) + 8H₂O(l)
हायड्रोफ्लोरिक आम्ल (HF): हायड्रोफ्लोरिक आम्ल सिलिकॉनवर सहज हल्ला करते, हा गुणधर्म अर्धसंवाहक नक्षीकाम (etching) मध्ये वापरला जातो. Si(s) + 6HF(aq) \rightarrow H₂SiF₆(aq) + 2H₂(g)

आम्लारिधर्मी पदार्थांची क्रिया

तीव्र उष्ण अल्कली: सिलिकॉन तीव्र अल्कलीच्या (उदा. NaOH, KOH) उष्ण, तीव्र द्रावणांसोबत अभिक्रिया करून विद्रव्य सिलिकेट्स तयार करते आणि हायड्रोजन वायू मुक्त करते. Si(s) + 2NaOH(aq) + H₂O(l) --(Heat)--> Na₂SiO₃(aq) + 2H₂(g)

प्रमुख प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया

सिलिकॉनची ओळख सामान्यतः त्याच्या संयुगे, विशेषतः सिलिकेट्स (SiO₃²⁻ आयन) द्वारे केली जाते. मूलभूत सिलिकॉनची सामान्यतः नियमित गुणात्मक विश्लेषणात ओळख केली जात नाही.

सिलिकेट्सची ओळख (SiO₃²⁻)

आम्लीकरण चाचणी (Acidification Test): जेव्हा विद्रव्य सिलिकेट द्रावण (उदा. सोडियम सिलिकेट) विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लाने आम्लीकृत केले जाते, तेव्हा सिलिसिक आम्लाचा (H₂SiO₃) जिलेटिनस अवक्षेप (gelatinous precipitate) तयार होतो. Na₂SiO₃(aq) + 2HCl(aq) \rightarrow H₂SiO₃(s)\downarrow + 2NaCl(aq) सिलिसिक आम्लाचा अवक्षेप (जो अनेकदा SiO₂·nH₂O म्हणून दर्शविला जातो) गरम केल्यावर निर्जलीकरण होऊन सिलिका जेल (silica gel) तयार करू शकतो.
अमोनियम मोलिब्डेट चाचणी (Ammonium Molybdate Test): जेव्हा सिलिकेट द्रावणात विरल नायट्रिक आम्लाने आम्लीकृत करून अमोनियम मोलिब्डेट द्रावण मिसळले जाते आणि गरम केले जाते, तेव्हा एक वैशिष्ट्यपूर्ण पिवळा रंग किंवा अवक्षेप तयार होतो. हे सिलिकोमोलीब्डिक आम्ल किंवा त्याचे अमोनियम क्षार (ammonium salt) तयार झाल्यामुळे होते, जे एक हेटरोपॉली आम्ल संकुल (heteropoly acid complex) आहे. निरीक्षण: पिवळा रंग किंवा अवक्षेप. मुख्य अभिकर्मक: सिलिकेट आयन, अमोनियम मोलिब्डेट, विरल नायट्रिक आम्ल. उत्पादन (सर्वसाधारण): सिलिकोमोलीब्डिक आम्ल (उदा. H₄[Si(Mo₁₂O₄₀)]) किंवा त्याचे अमोनियम क्षार (उदा. (NH₄)₄[Si(Mo₁₂O₄₀)]). या गुंतागुंतीच्या अभिक्रियेची नेमकी रासायनिक प्रमाणे (stoichiometry) उच्च शाळेत अनेकदा सोपी करून दिली जातात.