சிலிக்கான் (Si) வேதியியல் - பயிற்சி கேள்விகள்

பலவுள் தேர்வு கேள்விகள் (MCQs)

கேள்வி 1

சிலிக்கோன்கள் பற்றி பின்வரும் கூற்றுகளில் எது தவறானது?

A) அவை R₂SiO மீண்டும் மீண்டும் வரும் அலகுகளைக் கொண்ட பலபடிகள். B) அவை பொதுவாக நீர் விலக்கும் தன்மை கொண்டவை. C) அவை வெப்பத்தால் நிலையானவை மற்றும் இரசாயனத் தாக்குதலுக்கு எதிர்ப்புத் திறன் கொண்டவை. D) அவற்றின் முதுகெலும்பில் வலிமையான Si=Si இரட்டைப் பிணைப்புகள் உள்ளன.

தீர்வு:

சரியான பதில்: D)

விளக்கம்: சிலிக்கோன்கள் என்பவை (R₂SiO)n என்ற பொதுவான வாய்பாட்டைக் கொண்ட ஆர்கனோசிலிக்கான் பலபடிகள் ஆகும், இங்கு R என்பது ஒரு அல்கைல் அல்லது அரைல் தொகுதியாகும். அவற்றின் முதுகெலும்பு Si-O-Si பிணைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, Si=Si இரட்டைப் பிணைப்புகளை அல்ல. Si-O பிணைப்பு மிகவும் வலிமையானது, இது அவற்றின் வெப்ப நிலைத்தன்மைக்கும் மற்றும் இரசாயன மந்தத்தன்மைக்கும் பங்களிக்கிறது. முனைவற்ற அல்கைல் அல்லது அரைல் தொகுதிகளின் இருப்பு அவைகளை நீர் விலக்கும் தன்மை கொண்டதாக ஆக்குகிறது.

கேள்வி 2

சிலிக்கா (SiO₂) ஹைட்ரஜன் ஃபுளோரைடு (HF) உடன் வினைபுரியும்போது, உருவாகும் பொருள்:

A) SiF₄ B) H₂SiF₆ C) SiF₄ மற்றும் H₂O D) SiF₄ மற்றும் H₂SiF₆

தீர்வு:

சரியான பதில்: C)

விளக்கம்: சிலிக்கா (SiO₂) ஒரு மிகவும் நிலையான சேர்மம். இது ஹைட்ரஜன் ஃபுளோரைடுடன் வினைபுரிந்து சிலிக்கான் டெட்ராஃபுளோரைடு மற்றும் நீரை உருவாக்குகிறது. SiO₂(s) + 4HF(aq) \rightarrow SiF₄(g) + 2H₂O(l) SiF₄ மேலும் நீரின் முன்னிலையில் HF உடன் வினைபுரிந்து ஃபுளோரோசிலிசிக் அமிலத்தை (H₂SiF₆) உருவாக்கலாம், ஆனால் SiO₂ மற்றும் HF வினையிலிருந்து உருவாகும் முதன்மை மற்றும் ஆரம்பப் பொருள் SiF₄ மற்றும் நீர் ஆகும். கேள்வி “உருவாகும் பொருள்” என்று கேட்பது நேரடி வினையைக் குறிக்கிறது.

கேள்வி 3

கொடுக்கப்பட்ட சேர்மங்களில், கார்போரண்டம் என்று அழைக்கப்படுவது எது?

A) SiC B) SiO₂ C) SiH₄ D) SiF₄

தீர்வு:

சரியான பதில்: A)

விளக்கம்: கார்போரண்டம் என்பது சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) இன் பொதுவான பெயர். இது மிகவும் கடினமான பொருள், இது அதன் அதிக வெப்ப நிலைத்தன்மை காரணமாக உராய்வுப் பொருளாகவும் மற்றும் வெப்பந்தாங்கு பொருள்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. SiO₂ என்பது சிலிக்கா, SiH₄ என்பது சிலேன், மற்றும் SiF₄ என்பது சிலிக்கான் டெட்ராஃபுளோரைடு ஆகும்.

கூற்று-காரணம் கேள்விகள்

கேள்வி 4

கூற்று (A): சிலிக்கான் எளிதில் நிலையான pπ-pπ பல பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில்லை. காரணம் (R): சிலிக்கானின் அணு ஆர்பிட்டால்கள் கார்பனின் அணு ஆர்பிட்டால்களை விட பெரியதாகவும் பரவலாகவும் இருப்பதால், pπ-pπ மேற்பொருந்துதல் திறனற்றதாகிறது.

A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, மேலும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம். B) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, ஆனால் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம் அல்ல. C) A உண்மை, ஆனால் R தவறு. D) A தவறு, ஆனால் R உண்மை. E) A மற்றும் R இரண்டும் தவறு.

தீர்வு:

சரியான பதில்: A)

விளக்கம்: கூற்று (A) உண்மை. கார்பன் எளிதில் நிலையான C=C மற்றும் C=O pπ-pπ பிணைப்புகளை உருவாக்குவதைப் போலல்லாமல், சிலிக்கான் பொதுவாக ஒற்றைப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. காரணம் (R) உண்மை மற்றும் கூற்று (A) க்கான சரியான விளக்கம் ஆகும். கார்பனுடன் (தொடர் 2 தனிமம்) ஒப்பிடும்போது சிலிக்கானின் பெரிய அணு அளவு (தொடர் 3 தனிமம்) காரணமாக, அதன் 3p ஆர்பிட்டால்கள் மிகவும் பரவலாக உள்ளன. இது வலிமையான pπ-pπ பிணைப்புக்குத் தேவையான பலவீனமான மற்றும் திறனற்ற பக்கவாட்டு மேற்பொருந்துதலுக்கு வழிவகுக்கிறது, இதனால் சிலிக்கானுடன் கூடிய பல பிணைப்புகள் மிகவும் குறைவான நிலைத்தன்மை கொண்டதாகின்றன. மாறாக, சிலிக்கான் வலிமையான Si-O ஒற்றைப் பிணைப்புகளை அல்லது விரிவான Si-Si வலைப்பின்னல்களை உருவாக்க விரும்புகிறது.

கேள்வி 5

கூற்று (A): சிலிக்கோன்கள் நீர் விலக்கும் (நீர் விலக்கு) தன்மை கொண்டவை. காரணம் (R): சிலிக்கோன்களில் உள்ள சிலிக்கான் அணுக்களுடன் இணைக்கப்பட்ட அல்கைல் தொகுதிகள் முனைவற்றவை மற்றும் வெளிப்புறமாக நீண்டு, மேற்பரப்பை முனைவற்றதாக ஆக்குகின்றன.

A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, மேலும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம். B) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை, ஆனால் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம் அல்ல. C) A உண்மை, ஆனால் R தவறு. D) A தவறு, ஆனால் R உண்மை. E) A மற்றும் R இரண்டும் தவறு.

தீர்வு:

சரியான பதில்: A)

விளக்கம்: கூற்று (A) உண்மை. சிலிக்கோன்கள் உண்மையில் நீர் விலக்கும் தன்மை கொண்டவை, அதாவது அவை நீரை எதிர்க்கும். இந்த பண்பு நீர்ப்புகாப்பு முகவர்கள் மற்றும் சீலண்டுகள் போன்ற பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பயனுள்ளதாக அமைகிறது. காரணம் (R) உண்மை மற்றும் கூற்று (A) க்கான சரியான விளக்கத்தை அளிக்கிறது. சிலிக்கோன்கள் ஒரு Si-O-Si முதுகெலும்பைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் சிலிக்கான் அணுக்கள் கரிம அல்கைல் (R) அல்லது அரைல் தொகுதிகளுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த கரிம தொகுதிகள் முனைவற்றவை. சிலிக்கோன்கள் ஒரு மொத்தப் பொருளாக உருவாகும்போது, இந்த முனைவற்ற R தொகுதிகள் முனைவுள்ள Si-O மையத்தைச் சுற்றிலும் திறம்பட சூழ்ந்து, ஒரு முனைவற்ற, நீர் விலக்கும் மேற்பரப்பை உருவாக்குகின்றன.

சுருக்கமான விடை கேள்விகள்

கேள்வி 6

சிலிக்கோன்களின் தயாரிப்பு மற்றும் இரண்டு முக்கியமான பயன்பாடுகளை விளக்கவும்.

மாதிரி பதில்:

சிலிக்கோன்களின் தயாரிப்பு: சிலிக்கோன்கள் அல்கைல் அல்லது அரைல் பதிலீடு செய்யப்பட்ட குளோரோசிலேன்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் ஆர்கனோசிலிக்கான் பலபடிகள் ஆகும், அவை RSiCl₃, R₂SiCl₂, R₃SiCl அல்லது இவற்றின் கலவைகள் ஆகும்.

1. நேரடித் தொகுப்பு: அல்கைல் ஹாலைடுகள் (எ.கா., CH₃Cl) சிலிக்கான் உடன் உயர் வெப்பநிலையில் (சுமார் 570 K) தாமிரத் தூள் ஒரு வினையூக்கியாக இருக்கும்போது வினைபுரிந்து பல்வேறு மெத்தில்-பதிலீடு செய்யப்பட்ட குளோரோசிலேன்களை உருவாக்குகின்றன. 2CH₃Cl + Si \xrightarrow\{Cu, 570K\} (CH₃)₂SiCl₂ (டைமெத்தில் டைகுளோரோசிலேன்) CH₃SiCl₃ மற்றும் (CH₃)₃SiCl போன்ற பிற பொருட்களும் உருவாகின்றன.
2. நீராற்பகுப்பு: குளோரோசிலேன்கள் நீராற்பகுப்புக்கு உட்பட்டு சிலனால்களை உருவாக்குகின்றன, இவை நிலையற்றவை மற்றும் எளிதில் குறுக்க பலபடியாக்கம் அடைகின்றன. (CH₃)₂SiCl₂ + 2H₂O \rightarrow (CH₃)₂Si(OH)₂ + 2HCl (டைமெத்தில் சிலனால்)
3. பலபடியாக்கம்: சிலனால்கள் நீர் மூலக்கூறுகளை நீக்கி, நேரியல், வளைய அல்லது குறுக்குப்பிணைப்புள்ள பலபடி சிலிக்கோன்களை உருவாக்குகின்றன. n (CH₃)₂Si(OH)₂ \rightarrow [-O-Si(CH₃)₂-]n + nH₂O (நேரியல் சிலிக்கோன்)

சிலிக்கோன்களின் பயன்பாடுகள்:

1. நீர்ப்புகாப்பு முகவர்கள்: அவற்றின் நீர் விலக்கும் தன்மை மற்றும் குறைந்த மேற்பரப்பு இழுவிசை காரணமாக, சிலிக்கோன்கள் துணிகள், காகிதம் மற்றும் கட்டுமானப் பொருட்களை நீர்ப்புகாப்பு செய்ய பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
2. சீலண்டுகள் மற்றும் ஒட்டுப் பொருட்கள்: அவை அவற்றின் நெகிழ்வுத்தன்மை, வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் ஒட்டும் பண்புகள் காரணமாக கட்டுமானம், ஆட்டோமொபைல் மற்றும் மின்னணுத் துறைகளில் பயன்படுத்தப்படும் சிறந்த சீலண்டுகளாகும்.
3. உயவுப் பொருட்கள்: சிலிக்கோன் எண்ணெய்கள் அவற்றின் வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் வெப்பநிலையுடன் குறைந்த பாகுத்தன்மை மாற்றங்கள் காரணமாக உயர்-வெப்பநிலை உயவுப் பொருட்களாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
4. அழகுசாதனப் பொருட்கள் மற்றும் மருத்துவ உள்வைப்புகள்: அவற்றின் உயிரியல் இணக்கத்தன்மை மற்றும் மந்தத்தன்மை ஆகியவை அழகுசாதனப் பொருட்கள், தனிப்பட்ட பராமரிப்பு பொருட்கள் மற்றும் பல்வேறு மருத்துவ உள்வைப்புகளில் (எ.கா., மார்பக உள்வைப்புகள், இதயமுடுக்கிகள்) பயன்படுத்த ஏற்றதாக அமைகின்றன.

கேள்வி 7

சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO₂) ஒரு சகப் பிணைப்பு வலைப்பின்னல் திண்மப் பொருள், அதே சமயம் கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) ஒரு தனித்த மூலக்கூறு திண்மப் பொருள். அமைப்பு மற்றும் பண்புகளில் உள்ள இந்த வேறுபாட்டிற்கான காரணத்தைக் குறிப்பிடவும்.

மாதிரி பதில்:

SiO₂ மற்றும் CO₂ இன் அமைப்புகளில் உள்ள அடிப்படை வேறுபாடு, கார்பன் மற்றும் சிலிக்கானை உள்ளடக்கிய pπ-pπ பிணைப்பின் தனித்துவமான தன்மையிலிருந்து உருவாகிறது.

1. கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂):

   • கார்பன் தொடர் 2 இல் உள்ள ஒரு சிறிய அணு. இது ஆக்ஸிஜனுடன் வலிமையான மற்றும் நிலையான pπ-pπ பிணைப்புகளை உருவாக்க முடியும்.
   • CO₂ இல், கார்பன் இரண்டு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் இரண்டு இரட்டைப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது (O=C=O). இது ஒரு தனித்த, நேரியல், மும்மூலக்கூறு அணுவைக் கொடுக்கிறது.
   • இந்த CO₂ மூலக்கூறுகள் பலவீனமான மூலக்கூறிடை வான் டெர் வால்ஸ் விசைகளால் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன.
   • இதன் விளைவாக, CO₂ அறை வெப்பநிலையில் ஒரு வாயுவாகவும், குறைந்த வெப்பநிலையில் ஒரு மூலக்கூறு திண்மப் பொருளாகவும் உள்ளது, மிகக் குறைந்த உருகுநிலை மற்றும் கொதிநிலையுடன்.

2. சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO₂):

   • சிலிக்கான் தொடர் 3 இல் உள்ள ஒரு பெரிய அணு. அதன் பெரிய அணு அளவு மற்றும் மிகவும் பரவலான 3p ஆர்பிட்டால்கள் காரணமாக, ஆக்ஸிஜனுடன் pπ-pπ மேற்பொருந்துதல் கார்பனுடன் ஒப்பிடும்போது மிகவும் குறைவான செயல்திறன் கொண்டதாகவும் குறைவான நிலைத்தன்மை கொண்டதாகவும் உள்ளது.
   • இரட்டைப் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதற்குப் பதிலாக, சிலிக்கான் நான்கு வலிமையான Si-O ஒற்றைப் பிணைப்புகளை உருவாக்க விரும்புகிறது.
   • SiO₂ இல் (எ.கா., குவார்ட்ஸ்), ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவும் நான்கு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் நான்முகமாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் ஒவ்வொரு ஆக்ஸிஜன் அணுவும் இரண்டு சிலிக்கான் அணுக்களால் பகிரப்படுகிறது. இது ஒரு பெரிய, முப்பரிமாண சகப் பிணைப்பு வலைப்பின்னல் அமைப்பை (அல்லது மேக்ரோமூலக்கூறு) உருவாக்குகிறது.
   • இந்த வலைப்பின்னலை உடைக்க வலிமையான சகப் பிணைப்புகளைத் தகர்க்க கணிசமான அளவு ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.
   • எனவே, SiO₂ ஒரு கடினமான, அதிக உருகுநிலை கொண்ட திண்மப் பொருள், இது நீரில் கரையாதது மற்றும் பொதுவாக வினைபுரியாதது.

சுருக்கமாக, கார்பனின் நிலையான pπ-pπ பிணைப்புகளை உருவாக்கும் திறன் தனித்த CO₂ மூலக்கூறுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது, அதேசமயம் சிலிக்கானின் இந்த திறனற்ற தன்மை SiO₂ க்கு ஒரு விரிவான சகப் பிணைப்பு வலைப்பின்னல் அமைப்பை ஏற்படுத்துகிறது.

உயர் வரிசை சிந்தனை திறன்கள் (HOTS) கேள்வி

கேள்வி 8

சிலிக்கான் ஒரு குறைக்கடத்தி மற்றும் மின்னணு சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தூய சிலிக்கானின் மின் கடத்துத்திறனை டோப்பிங் மூலம் எவ்வாறு பெருமளவு மாற்ற முடியும் என்பதை n-வகை மற்றும் p-வகை குறைக்கடத்திகள் இரண்டையும் விவரித்து விளக்கவும்.

விரிவான இரசாயன விளக்கம்:

தூய சிலிக்கான் ஒரு உள்ளார்ந்த குறைக்கடத்தி ஆகும், அதாவது அறை வெப்பநிலையில் மிகக் குறைந்த மின் கடத்துத்திறன் கொண்டது. அதிக எலக்ட்ரான்கள் சகப் பிணைப்புகளிலிருந்து விடுபட்டு கடத்தும் பட்டைக்கு நகரும்போது, எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை உருவாக்கும்போது அதன் கடத்துத்திறன் வெப்பநிலையுடன் அதிகரிக்கிறது. இருப்பினும், நடைமுறை மின்னணுப் பயன்பாடுகளுக்கு, அதன் கடத்துத்திறனை துல்லியமாக கட்டுப்படுத்த வேண்டும், இது டோப்பிங் எனப்படும் ஒரு செயல்முறை மூலம் அடையப்படுகிறது.

டோப்பிங் என்பது தூய சிலிக்கானுடன் ஒரு சிறிய அளவு அசுத்த தனிமத்தைச் சேர்ப்பதை உள்ளடக்கியது. இந்த அசுத்தங்கள் எலக்ட்ரான்களின் அதிகப்படியான அல்லது “துளைகளின்” (காலியான எலக்ட்ரான் இடங்கள்) அதிகப்படியானவற்றை உருவாக்குகின்றன, இதன் மூலம் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கின்றன.

1. n-வகை குறைக்கடத்தி (எதிர்மறை-வகை):

   • டோப்பண்ட்: தூய சிலிக்கான் (குழு 14 தனிமம், 4 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்) குழு 15 இலிருந்து ஐந்து இணைதிறன் அசுத்தத்துடன் டோப் செய்யப்படுகிறது, எ.கா., பாஸ்பரஸ் (P), ஆர்சனிக் (As), அல்லது ஆண்டிமனி (Sb).
   • செயல்முறை: ஒரு ஐந்து இணைதிறன் அணு (எ.கா., P) படிக அமைப்பில் ஒரு சிலிக்கான் அணுவை மாற்றும்போது, அதன் ஐந்து இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களில் நான்கு, சுற்றியுள்ள நான்கு சிலிக்கான் அணுக்களுடன் சகப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. ஐந்தாவது இணைதிறன் எலக்ட்ரான் பாஸ்பரஸ் அணுவால் தளர்வாகப் பிடிக்கப்பட்டுள்ளது.
   • மின்சுமை கடத்திகள்: இந்த கூடுதல் எலக்ட்ரான் பிணைப்பில் ஈடுபடவில்லை மற்றும் கடத்தும் பட்டைக்கு நகர மிகக் குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. இது ஒரு சுதந்திர எலக்ட்ரானாக மாறுகிறது, இது ஒரு எதிர்மறை மின்சுமை கடத்தி. அசுத்த அணுக்கள் கொடையாளர் அசுத்தங்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை ஒரு எலக்ட்ரானை “கொடை” அளிக்கின்றன.
   • கடத்துத்திறன்: n-வகை குறைக்கடத்திகளில், எலக்ட்ரான்கள் பெரும்பான்மையான மின்சுமை கடத்திகள் ஆகும், மேலும் துளைகள் சிறுபான்மை மின்சுமை கடத்திகள். கடத்துத்திறன் முதன்மையாக இந்த அதிகப்படியான சுதந்திர எலக்ட்ரான்களின் நகர்வால் ஏற்படுகிறது.

2. p-வகை குறைக்கடத்தி (நேர்மறை-வகை):

   • டோப்பண்ட்: தூய சிலிக்கான் குழு 13 இலிருந்து மூன்று இணைதிறன் அசுத்தத்துடன் டோப் செய்யப்படுகிறது, எ.கா., போரான் (B), அலுமினியம் (Al), அல்லது காலியம் (Ga).
   • செயல்முறை: ஒரு மூன்று இணைதிறன் அணு (எ.கா., B) படிக அமைப்பில் ஒரு சிலிக்கான் அணுவை மாற்றும்போது, அது அதன் மூன்று இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்தி சுற்றியுள்ள நான்கு சிலிக்கான் அணுக்களில் மூன்றனுடன் சகப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. நான்காவது சகப் பிணைப்பை முடிக்க, போரான் அணு ஒரு அருகிலுள்ள சிலிக்கான்-சிலிக்கான் பிணைப்பிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை “ஏற்றுக்கொள்கிறது”.
   • மின்சுமை கடத்திகள்: ஒரு எலக்ட்ரானை இவ்வாறு ஏற்றுக்கொள்வது சகப் பிணைப்பு வலைப்பின்னலில் ஒரு துளையை (ஒரு நேர்மறை காலியிடம்) உருவாக்குகிறது. இந்த துளை மற்றொரு பிணைப்பிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் அதில் குதிக்கும்போது படிக வலைப்பின்னல் வழியாக நகர முடியும். அசுத்த அணுக்கள் ஏற்பி அசுத்தங்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை ஒரு எலக்ட்ரானை “ஏற்றுக்கொண்டு” ஒரு துளையை உருவாக்குகின்றன.
   • கடத்துத்திறன்: p-வகை குறைக்கடத்திகளில், துளைகள் பெரும்பான்மையான மின்சுமை கடத்திகள் ஆகும், மேலும் எலக்ட்ரான்கள் சிறுபான்மை மின்சுமை கடத்திகள். கடத்துத்திறன் முதன்மையாக இந்த துளைகளின் நகர்வால் ஏற்படுகிறது.

டோப்பிங் மூலம், மின்சுமை கடத்திகளின் (எலக்ட்ரான்கள் அல்லது துளைகள்) செறிவு பல மடங்கு அதிகரிக்கப்படலாம், இது சிலிக்கானை ஒரு மிகவும் பயனுள்ள மற்றும் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய குறைக்கடத்தியாக ஆக்குகிறது, இது டையோட்கள், டிரான்சிஸ்டர்கள், ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் மற்றும் பிற மின்னணு கூறுகளுக்கு இன்றியமையாதது.