சிலிக்கானின் (Si) அணு அமைப்பு மற்றும் இரசாயன பிணைப்பு

அணு அளவுருக்களுக்கான அறிமுகம்

சிலிக்கான் (Si) என்பது தனிம அட்டவணையில் 14 ஆம் தொகுதியில் உள்ள இரண்டாவது தனிமம் மற்றும் 14 வது தனிமம் ஆகும். அதன் அணு அளவுருக்கள் அதன் இரசாயன நடத்தையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு அடிப்படையாகும்.

• அணு எண் (Z): 14
  • அணுக்கருவில் 14 புரோட்டான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
  • ஒரு நடுநிலை அணுவில், இது 14 எலக்ட்ரான்களையும் குறிக்கிறது.
• நிறை எண் (A): மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பு சிலிக்கான்-28 ($^\{28\}\text\{Si\}$).
  • புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை: 14
  • நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை: A - Z = 28 - 14 = 14
• சராசரி அணு நிறை: 28.0855 u (ஐசோடோப்புகளின் இயற்கையான செறிவைக் குறிக்கிறது $^\{28\}\text\{Si\}$, $^\{29\}\text\{Si\}$, $^\{30\}\text\{Si\}$).
• தொகுதி: 14 (கார்பன் குடும்பம்)
• தொடர்: 3

துணைக்கூடு எலக்ட்ரான் அமைப்பு

பல்வேறு துணைக்கூடுகளில் எலக்ட்ரான்களின் விநியோகம் சிலிக்கானின் இரசாயன பண்புகளை தீர்மானிக்கிறது.

• குறிப்பீடு (ஆஃபௌ தத்துவம்):

  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²
  

• ஆர்பிட்டல் வரைபடம் (இணைதிறன் கூடு):

  • இணைதிறன் கூடு என்பது மூன்றாவது ஆற்றல் மட்டம் (n=3) ஆகும்.
  • இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 4 (3s இல் இரண்டு, 3p இல் இரண்டு).

  3s:  [↑↓]
  3p:  [↑ ][↑ ][  ]
  

  இந்த அமைப்பு அடிப்படை நிலையில் இரண்டு இணையாகாத எலக்ட்ரான்களைக் காட்டுகிறது.

இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் இணைதிறன்

14 ஆம் தொகுதியில் சிலிக்கானின் நிலை அதன் இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் வழக்கமான இணைதிறன் தொடர்பான குறிப்பிட்ட பண்புகளைக் குறிக்கிறது.

• இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 4 (3s² 3p² அமைப்பிலிருந்து). இவை வெளிப்புற கூட்டில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள், அவை இரசாயன பிணைப்பில் பங்கேற்கின்றன.
• இணைதிறன்: 4. சிலிக்கான் நான்கு இணைதிறன் கொண்டது.
  • ஒரு நிலையான எண்ம அமைப்பை (ஆர்கான் போன்றது, [Ne]3s²3p⁶) அடைய, சிலிக்கான் கோட்பாட்டளவில் பின்வருவனவற்றைச் செய்யலாம்:
    1. 4 எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று Si⁴⁻ ஐ உருவாக்குதல் (குறிப்பிடத்தக்க ஆற்றல் தேவை, அசாதாரணமானது).
    2. 4 எலக்ட்ரான்களை இழந்து Si⁴⁺ ஐ உருவாக்குதல் (மிக அதிக அயனியாக்கும் ஆற்றல் தேவை, எளிய அயனி சேர்மங்களில் அசாதாரணமானது).
    3. 4 எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்ந்து 4 சக பிணைப்புகளை உருவாக்குதல். இது அதன் இடைப்பட்ட எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி (பாலிங் அளவுகோலில் 1.90) மற்றும் கார்பனுடன் ஒப்பிடும்போது ஒப்பீட்டளவில் பெரிய அணு அளவு காரணமாக ஆற்றல் ரீதியாக மிகவும் சாதகமான வழி.
• பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள்:
  • +4: மிகவும் பொதுவானது, ஆக்சைடுகள், ஹாலைடுகள், சிலிக்கேட்டுகள் போன்றவற்றில் காணப்படுகிறது.
  • -4: அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி கொண்ட உலோகங்களுடன் (எ.கா., Mg₂Si) சிலிசைடுகளில் காணப்படுகிறது.

பிணைப்பு நடத்தை

சிலிக்கான் பெரும்பாலும் சக பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது, ஏனெனில் அதன் நான்கு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்ந்து ஒரு நிலையான எண்மத்தை அடையும் போக்கு கொண்டது.

இனக்கலப்பு

• அடிப்படை நிலை அமைப்பு: 3s² 3pₓ¹ 3py¹ 3pz⁰ (இரண்டு இணையாகாத எலக்ட்ரான்கள்).
• கிளர்வுற்ற நிலை அமைப்பு (பிணைப்பிற்கு): 3s ஆர்பிட்டலில் இருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் காலியாக உள்ள 3pz ஆர்பிட்டலுக்கு உயர்த்தப்படுகிறது.

  3s:  [↑ ]
  3p:  [↑ ][↑ ][↑ ]
  

  இது நான்கு இணையாகாத எலக்ட்ரான்களை வழங்குகிறது.
• இனக்கலப்பு: இந்த நான்கு அணு ஆர்பிட்டல்கள் (ஒரு 3s மற்றும் மூன்று 3p ஆர்பிட்டல்கள்) இனக்கலப்பு அடைந்து நான்கு சமமான sp³ இனக்கலப்பு ஆர்பிட்டல்களை உருவாக்குகின்றன. இந்த sp³ ஆர்பிட்டல்கள் ஒரு சீரான நான்முகியின் மூலைகளை நோக்கி இயக்கப்படுகின்றன.

பிணைப்பு வகை மற்றும் வடிவியல்

• சக பிணைப்பு: சிலிக்கான் கிட்டத்தட்ட பிரத்தியேகமாக சக பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது.
• மூலக்கூறு வடிவியல்: சிலிக்கான் நான்கு ஒற்றை பிணைப்புகளை உருவாக்கும் போது, அது பொதுவாக sp³ இனக்கலப்பு காரணமாக சிலிக்கான் அணுவைச் சுற்றி நான்முகி வடிவியலை மேற்கொள்கிறது, பிணைப்பு கோணங்கள் 109.5° க்கு நெருக்கமாக இருக்கும்.

குறிப்பிட்ட சேர்ம எடுத்துக்காட்டுகள்

1. தனிம சிலிக்கான் (Si):

   • வைரம் போன்ற ஒரு மாபெரும் சக பிணைப்பு வலைப்பின்னல் அமைப்பை உருவாக்குகிறது.
   • ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவும் sp³ இனக்கலப்பு அடைந்து நான்கு மற்ற சிலிக்கான் அணுக்களுடன் நான்முகி அமைப்பில் சக பிணைப்பால் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது.
   • இது அதன் கடினத்தன்மை, அதிக உருகுநிலை மற்றும் குறைக்கடத்தி பண்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

2. சிலிக்கான் டெட்ராக்ளோரைடு (SiCl₄):

   • ஒரு மூலக்கூறு சக பிணைப்பு சேர்மம்.
   • மைய சிலிக்கான் அணு sp³ இனக்கலப்பு அடைந்துள்ளது.
   • நான்கு குளோரின் அணுக்களுடன் நான்கு சக பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது.
   • வடிவியல்: நான்முகி.

3. சிலேன்கள் (எ.கா., SiH₄ - மோனோசிலேன்):

   • ஆல்கேன்கள் போன்ற சக மூலக்கூறு சேர்மங்கள்.
   • SiH₄ இல், சிலிக்கான் அணு sp³ இனக்கலப்பு அடைந்து நான்கு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது.
   • வடிவியல்: நான்முகி.

4. சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO₂ - சிலிக்கா):

   • ஒரு மாபெரும் சக பிணைப்பு வலைப்பின்னல் திடப்பொருள் (எ.கா., குவார்ட்ஸ்).
   • ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவும் sp³ இனக்கலப்பு அடைந்து நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் நான்முகி அமைப்பில் சக பிணைப்பால் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது.
   • ஒவ்வொரு ஆக்ஸிஜன் அணுவும், இரண்டு சிலிக்கான் அணுக்களை இணைக்கிறது.
   • SiO₂ சூத்திரம் தனித்த மூலக்கூறுகளை அல்ல, அனுபவ விகிதத்தை குறிக்கிறது. வலைப்பின்னல் அமைப்பு அதன் அதிக உருகுநிலை மற்றும் கடினத்தன்மைக்கு காரணமாகிறது.

5. சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC - கார்போரண்டம்):

   • ஒரு கடினமான, சிராய்ப்பு மாபெரும் சக பிணைப்பு வலைப்பின்னல் திடப்பொருள்.
   • வைரம் போன்றது, ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவும் sp³ இனக்கலப்பு அடைந்து நான்கு கார்பன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் ஒவ்வொரு கார்பன் அணுவும் நான்கு சிலிக்கான் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டு ஒரு உறுதியான நான்முகி வலைப்பின்னலை உருவாக்குகிறது.