திருப்புதல் வழிகாட்டி: சிலிக்கனின் முக்கியமான சேர்மங்கள் (Si)

சிலிக்கனின் முக்கிய சேர்மங்களுக்கு ஒரு அறிமுகம்

சிலிக்கன் (Si), தொகுதி 14 இல் உள்ள ஒரு உலோகக்கலவை தனிமம், பூமியின் மேலோட்டத்தில் இரண்டாவது மிக அதிகமான தனிமமாகும், இது முதன்மையாக சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சிலிகேட்டுகளாகக் காணப்படுகிறது. அதன் நான்கு இணைதிறன் பண்பு, வலுவான சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்க உதவுகிறது, இது புவியியல், தொழில் மற்றும் பொருள் அறிவியல் ஆகியவற்றில் முக்கியமான பல்வேறு வகையான சேர்மங்களுக்கு வழிவகுக்கிறது. இந்த வழிகாட்டி உயர்நிலைப் பள்ளி வேதியியலில் பொதுவாக சோதிக்கப்படும் சிலிக்கன் சேர்மங்களை மையமாகக் கொண்டுள்ளது.

சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு (SiO₂)

• வேதியியல் வாய்பாடு: SiO₂
• பொதுவான பெயர்: சிலிகா (முக்கிய படிக வடிவங்களில் குவார்ட்ஸ், கிரிஸ்டோபலைட், ட்ரைடிமைட் ஆகியவை அடங்கும்)

ஆய்வக தயாரிப்பு

சிலிகா இயற்கையில் ஏராளமாக இருந்தாலும், தூய அல்லது குறிப்பிட்ட வடிவங்களை தயாரிக்க முடியும். சிலிக்கன் டெட்ரா குளோரைடின் நீராற்பகுப்பு பொதுவாக குறிப்பிடப்படும் ஒரு முறையாகும்.

சமன்படுத்தப்பட்ட வேதியியல் சமன்பாடு: SiCl₄(l) + 2H₂O(l) → SiO₂(s) + 4HCl(g)

பண்புகள்

1. இயற்பியல் தன்மை: படிக திண்மம், மிகவும் கடினமானது மற்றும் உடையக்கூடியது. இதன் அமைப்பு ஒரு பெரிய சகப்பிணைப்பு வலைப்பின்னல் ஆகும், இது வைரத்தைப் போன்றது, இதில் ஒவ்வொரு சிலிக்கன் அணுவும் நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் நான்முகமாக பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் ஒவ்வொரு ஆக்ஸிஜன் அணுவும் இரண்டு சிலிக்கன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது.
2. உருகுநிலை: வலைப்பின்னல் முழுவதும் உள்ள வலுவான Si-O சகப்பிணைப்புகளால் மிக அதிகம் (~1710 °C).
3. கரைதிறன்: நீர் மற்றும் பெரும்பாலான அமிலங்களில் கரையாதது.
4. வேதியியல் தன்மை: அமில ஆக்சைடு.
5. வினைத்திறன்:
   • ஹைட்ரஜன் ஃவுளூரைடுடன் (HF) வினை: சிலிகா ஹைட்ரோஃப்ளூரிக் அமிலத்துடன் வினைபுரிந்து சிலிக்கன் டெட்ராஃப்ளூரைடை உருவாக்குகிறது. இந்த வினை கண்ணாடி செதுக்குதலுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. SiO₂(s) + 4HF(aq) → SiF₄(g) + 2H₂O(l)
   • சூடான அடர் காரங்களுடன் வினை: வலுவான காரங்களுடன் வினைபுரிந்து கரையக்கூடிய சிலிகேட்டுகளை உருவாக்குகிறது. SiO₂(s) + 2NaOH(aq) → Na₂SiO₃(aq) + H₂O(l) (சோடியம் மெட்டாசிலிகேட்)
   • உலோக ஆக்சைடுகளுடன் வினை (உயர் வெப்பநிலையில்): கண்ணாடி மற்றும் மட்பாண்ட உற்பத்திக்கு அடிப்படை. SiO₂(s) + CaO(s) --(heat)--> CaSiO₃(s) (கால்சியம் மெட்டாசிலிகேட்)

சிலிக்கோன்கள்

சிலிக்கோன்கள் என்பவை ஒரு வகை செயற்கை ஆர்கனோசிலிக்கன் பாலிமர்கள் ஆகும், அவை ஒரு பாலிசிலோக்சேன் முதுகெலும்பைக் (Si-O-Si-O-…) கொண்டுள்ளன, இதில் கரிமக் குழுக்கள் (R) சிலிக்கன் அணுக்களுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றின் பொதுவான வாய்பாடு (R₂SiO)n.

தயாரிப்பு செயல்முறை

சிலிக்கோன்கள் ஆல்கைல் ஹாலைடுகளிலிருந்து தொடங்கி பல படிகளில் தயாரிக்கப்படுகின்றன.

படி 1: ஆல்கைல் குளோரோசிலேன்களின் தொகுப்பு ஆல்கைல் ஹாலைடுகள் சிலிக்கன் தூளுடன் ஒரு தாமிர வினையூக்கியின் முன்னிலையில் உயர் வெப்பநிலையில் (ரோச்சோவ் செயல்முறை) வினைபுரிகின்றன. முக்கிய தயாரிப்பு டயால்கைல் டைகுளோரோசிலேன் ஆகும்.

2RCl(g) + Si(s) --(Cu catalyst, heat)--> R₂SiCl₂(g) மெத்தில் குளோரைடுடன் உதாரணம்: 2CH₃Cl(g) + Si(s) --(Cu, 300°C)--> (CH₃)₂SiCl₂(g) (டைமெத்தில் டைகுளோரோசிலேன்) RSiCl₃ மற்றும் R₃SiCl போன்ற பிற குளோரோசிலேன்களும் உருவாகின்றன மற்றும் பகுதி காய்ச்சி வடித்தல் மூலம் பிரிக்கப்படுகின்றன.

படி 2: ஆல்கைல் குளோரோசிலேன்களின் நீராற்பகுப்பு ஆல்கைல் குளோரோசிலேன்கள் நீராற்பகுப்புக்கு உட்படுகின்றன, அங்கு குளோரின் அணுக்கள் ஹைட்ராக்ஸில் (-OH) குழுக்களால் மாற்றப்பட்டு, சிலனோல்களை உருவாக்குகின்றன.

• டயால்கைல் டைகுளோரோசிலேனிலிருந்து: ஒரு டையோலை உருவாக்குகிறது. R₂SiCl₂(l) + 2H₂O(l) → R₂Si(OH)₂(aq) + 2HCl(aq)
• ஆல்கைல் ட்ரைகுளோரோசிலேனிலிருந்து: ஒரு ட்ரையோலை உருவாக்குகிறது. RSiCl₃(l) + 3H₂O(l) → RSi(OH)₃(aq) + 3HCl(aq)
• ட்ரையால்கைல் குளோரோசிலேனிலிருந்து: ஒரு மோனோ-ஓலை உருவாக்குகிறது. R₃SiCl(l) + H₂O(l) → R₃SiOH(aq) + HCl(aq)

படி 3: பலபடியாதல் (சுருங்குதல்) சிலனோல் மோனோமர்கள் சுருங்கி, நீர் மூலக்கூறுகளை நீக்கி, Si-O-Si பிணைப்புகளை உருவாக்கி, சிலிக்கோன் பாலிமர்களின் உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கிறது.

• நேரியல் சிலிக்கோன்கள்: R₂Si(OH)₂ அலகுகளிலிருந்து உருவாகின்றன. n R₂Si(OH)₂ → [-O-Si(R)₂-]n + n H₂O சங்கிலி நீளம் நீராற்பகுப்பின் போது R₃SiCl சேர்ப்பதன் மூலம் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் R₃SiOH அலகுகள் சங்கிலி முடிப்பிகளாக செயல்படுகின்றன.

• குறுக்கு-இணைக்கப்பட்ட சிலிக்கோன்கள்: RSi(OH)₃ அலகுகளிலிருந்து உருவாகின்றன, இது கிளைத்த அல்லது வலைப்பின்னல் பாலிமர்களுக்கு (சிலிக்கோன் ரெசின்கள்) வழிவகுக்கிறது.

பண்புகள் மற்றும் பயன்கள்

1. வெப்ப நிலைத்தன்மை: பரந்த அளவிலான வெப்பநிலைகளில் சிறந்த நிலைத்தன்மை.
2. வேதியியல் மந்தத்தன்மை: ஆக்சிஜனேற்றம், புற ஊதா கதிர்வீச்சு மற்றும் பல இரசாயனங்களுக்கு எதிர்ப்பு.
3. நீர் விலக்கும் தன்மை: ஹைட்ரோபோபிக் தன்மை அவற்றை நல்ல நீர்ப்புகா முகவர்களாக்குகிறது.
4. மின் காப்புப் பொருட்கள்: நல்ல மின்காப்பு பண்புகள்.
5. பயன்கள்: உயர் வெப்பநிலை மசகு எண்ணெய், சீலண்டுகள், பசைகள், துணிகளுக்கு நீர்ப்புகா பூச்சுகள், மருத்துவ உள்வைப்புகள், நுரை நீக்கும் முகவர்கள்.

சிலிகேட்டுகள்

சிலிகேட்டுகள் என்பவை சிலிக்கன், ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட உலோக தனிமங்களைக் கொண்ட சேர்மங்கள் ஆகும். அவை அடிப்படை SiO₄⁴⁻ நான்முக அலகின் அடிப்படையில் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளன, அங்கு ஒரு மைய சிலிக்கன் அணு நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த நான்முகங்கள் பல்வேறு வழிகளில் பொதுவான ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்படலாம், இது பல்வேறு கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது.

சிலிகேட்டுகளின் கட்டமைப்பு வகைப்பாடு

1. ஆர்த்தோசிலிகேட்டுகள் (நெசோசிலிகேட்டுகள்): தனித்த, தனிமைப்படுத்தப்பட்ட SiO₄⁴⁻ நான்முகங்களைக் கொண்டுள்ளன.
   • உதாரணம்: சிர்கான் (ZrSiO₄), ஃபோர்ஸ்டெரைட் (Mg₂SiO₄)
   • கட்டமைப்பு அலகு: SiO₄⁴⁻
2. பைரோசிலிகேட்டுகள் (சோரோசிலிகேட்டுகள்): இரண்டு SiO₄⁴⁻ நான்முகங்கள் ஒரு ஆக்ஸிஜன் அணுவைப் பகிர்ந்து கொள்கின்றன.
   • உதாரணம்: ஹெமிமார்பைட் (Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O)
   • கட்டமைப்பு அலகு: Si₂O₇⁶⁻
3. சுழற்சி சிலிகேட்டுகள் (வளைய சிலிகேட்டுகள்): மூன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட SiO₄ நான்முகங்கள் ஒரு நான்முகத்திற்கு இரண்டு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் மூடிய வளையங்களை உருவாக்குகின்றன.
   • உதாரணம்: பெரில் (Be₃Al₂(Si₆O₁₈))
   • கட்டமைப்பு அலகுகள்: (SiO₃)n²ⁿ⁻ (எ.கா., Si₃O₉⁶⁻, Si₆O₁₈¹²⁻)
4. சங்கிலி சிலிகேட்டுகள் (இனோசிலிகேட்டுகள்): நான்முகங்கள் ஒற்றை அல்லது இரட்டை சங்கிலிகளில் முறையே ஒரு நான்முகத்திற்கு இரண்டு அல்லது மூன்று ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் இணைகின்றன.
   • ஒற்றை சங்கிலி (பைரோக்சின்கள்): (SiO₃)n²ⁿ⁻, எ.கா., என்ஸ்டடைட் (MgSiO₃)
   • இரட்டை சங்கிலி (ஆம்பிபோல்கள்): (Si₄O₁₁)n⁶ⁿ⁻, எ.கா., ட்ரெமோலைட் (Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂)
5. தாள் சிலிகேட்டுகள் (ஃபில்லோசிலிகேட்டுகள்): நான்முகங்கள் ஒரு நான்முகத்திற்கு மூன்று ஆக்ஸிஜன் அணுக்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் வரம்பற்ற இரு பரிமாண தாளங்களை உருவாக்குகின்றன.
   • உதாரணம்: டால்க் (Mg₃(Si₂O₅)₂(OH)₂), மைக்கா
   • கட்டமைப்பு அலகு: (Si₂O₅)n²ⁿ⁻
6. முப்பரிமாண சிலிகேட்டுகள் (டெக்டோசிலிகேட்டுகள்): ஒவ்வொரு SiO₄ நான்முகத்தின் நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களும் அருகிலுள்ள நான்முகங்களுடன் பகிரப்பட்டு, ஒரு 3D வலைப்பின்னலை உருவாக்குகின்றன.
   • உதாரணம்: குவார்ட்ஸ் (SiO₂, தூய சிலிகா), ஃபெல்ட்ஸ்பார்கள், சியோலைட்டுகள் (திறந்த கட்டமைப்பு கொண்ட அலுமினோசிலிகேட்டுகள்).

தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

• சோடியம் சிலிகேட் உருவாக்கம் (நீர் கண்ணாடி): சலவை சோப்புகள், பசைகள் மற்றும் தீ தடுப்பு முகவராகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. SiO₂(s) + Na₂CO₃(s) --(heat)--> Na₂SiO₃(l) + CO₂(g) மாற்றாக, சூடான அடர் சோடியம் ஹைட்ராக்சைடில் சிலிகாவை கரைப்பதன் மூலம்: SiO₂(s) + 2NaOH(aq) → Na₂SiO₃(aq) + H₂O(l)
• கரையக்கூடிய சிலிகேட்டுகளின் நீராற்பகுப்பு: கரையக்கூடிய சிலிகேட்டுகளின் நீர்க்கரைசல்கள் சிலிகேட் அயனியின் நீராற்பகுப்பு காரணமாக காரத்தன்மை கொண்டவை. Na₂SiO₃(aq) + 2H₂O(l) ⇌ H₂SiO₃(aq) + 2NaOH(aq)
• சிலிசிக் அமிலத்தின் வீழ்படிவு: கரையக்கூடிய சிலிகேட் கரைசலில் அமிலத்தைச் சேர்ப்பது சிலிசிக் அமிலத்தை வீழ்த்துகிறது, இது பின்னர் நீரகம் நீங்கி சிலிகா ஜெல்லை உருவாக்குகிறது. Na₂SiO₃(aq) + 2HCl(aq) → H₂SiO₃(s) + 2NaCl(aq) சிலிகா ஜெல் ((SiO₂)ₓ(H₂O)y) ஒரு நுண்துளை கொண்ட ஈரப்பதம் நீக்கி.

முக்கிய சிலிக்கன் சேர்மங்களின் ஒப்பீட்டு பண்புகள்

பண்பு	சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு (SiO₂)	சிலிக்கோன்கள் (R₂SiO)n	கரையக்கூடிய சிலிகேட்டுகள் (எ.கா., Na₂SiO₃)
கட்டமைப்பு வகை	பெரிய சகப்பிணைப்பு வலைப்பின்னல்	பாலிமெரிக் (சங்கிலி, சுழற்சி, குறுக்கு-இணைக்கப்பட்ட)	அயனி படிகம் அல்லது கரைசலில் வலைப்பின்னல் (வகையைப் பொறுத்து)
பிணைப்பு	சகப்பிணைப்பு (Si-O)	சகப்பிணைப்பு (Si-O-Si, Si-C)	அயனி (M-O) மற்றும் சகப்பிணைப்பு (Si-O)
இயற்பியல் நிலை	கடினமான, உடையக்கூடிய திண்மம்	எண்ணெய்கள், ஜெல், எலாஸ்டோமர்கள், ரெசின்கள்	படிக திண்மம் (நீரற்ற), பிசுபிசுப்பான கரைசல் (நீர்மக் கரைசல்)
நீரில் கரைதிறன்	கரையாதது	கரையாதது (நீர்விலக்கி)	கரையக்கூடியது (நீர்க்கரைசல்கள் காரத்தன்மை கொண்டவை)
உருகுநிலை	மிக அதிகம் (~1710 °C)	வேறுபடும், பொதுவாக SiO₂ ஐ விட குறைவு	அதிகம் (நீரற்ற உப்புகளுக்கு)
வேதியியல் வினைத்திறன்	ஒப்பீட்டளவில் மந்தமானது; HF மற்றும் சூடான அடர் காரங்களுடன் வினைபுரிகிறது	மிகவும் மந்தமானது, நல்ல வெப்ப மற்றும் வேதியியல் நிலைத்தன்மை	சிலிசிக் அமிலத்தை வீழ்த்த அமிலங்களுடன் வினைபுரிகிறது
முக்கிய பயன்கள்	கண்ணாடி, மட்பாண்டங்கள், சிராய்ப்புகள், ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள்	மசகு எண்ணெய், சீலண்டுகள், நீர் விலக்கிகள், மருத்துவ உள்வைப்புகள்	சலவை சோப்புகள், பசைகள், தீ தடுப்பு, ஈரப்பதம் நீக்கிகள் (சிலிகா ஜெல்)