ಸಿಲಿಕಾನ್
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಒಂದು ಅಲೋಹ ಮೂಲಧಾತು. ಇದು ಆಮ್ಲಜನಕದ ನಂತರ ಭೂಮಿಯಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಇರುವ ಮೂಲವಸ್ತು. ಭೂಪದರದಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು ೨೮ ಶೇಕಡಾ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಇದೆ ಎಂದು ಅಂದಾಜು. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಭೂಮಿಯಲ್ಲಿ ಶುದ್ಧ ರೂಪದಲ್ಲಿ ದೊರೆಯುವುದಿಲ್ಲ. ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಮರಳಿನಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯ ವಸ್ತುವಾಗಿರುವ ಸಿಲಿಕ (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈ ಆಕ್ಸೈಡ್)ದ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಹೇರಳವಾಗಿದೆ. ಜ್ವಾಲಾಮುಖಿಗಳ ಲಾವಾರಸವು ಈ ಸಿಲಿಕದ ದ್ರವ ರೂಪವಾಗಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ೧೮೨೩ರಲ್ಲಿ ಸ್ವೀಡನ್ ದೇಶದ ಜೋನ್ಸ್ ಬೆರ್ಜೆಲಿಯಸ್ ಎಂಬ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹಾಗೂ ಇದರ ಸಂಯುಕ್ತಗಳು ಗಾಜಿನ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ (electronics) ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ, ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸಲ್ಪಡುತ್ತಿದೆ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಉಪಯೋಗಗಳು[1]
- ರಬ್ಬರ್, ಕೀಲ್ಲೆಣ್ಣೆ, ಪಾಲಿಷ್ ಮೊದಲಾದವುಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.
- ಕಬ್ಬಿಣ, ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಂ, ತಾಮ್ರ ಮತ್ತು ಮ್ಯಾಂಗನೀಸ್ ಹೀಗೆ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳನ್ನು ಗಟ್ಟಿಗೊಳಿಸಲು ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ.
- ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್(ಕಾರ್ಬೊರೆಂಡಮ್) ಎಂಬುದು ತುಂಬ ಕಠಿಣವಾದ ಒಂದು ಪದಾರ್ಥ.ಅದ್ದರಿಂದ ಕತ್ತರಿಸುವ ಮತ್ತು ಉಜ್ಜುವ ಹತಾರಗಳಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ.
- ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸುವುದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಉದ್ದಿಮೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಾಂತಿಯುಂಟು ಮಾಡಿರುವ ಅನುಕಲಿತ ಚಿಪ್ ಗಳ (Integrated chips) ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ.
- ಸಿಲಿಕಾನ್ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಘನವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.ಉದಾ:ಗಣಕಯಂತ್ರ, ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಇತ್ಯಾದಿ.
- ಸೌರಶಕ್ತಿಯನ್ನು ತಾಪಶಕ್ತಿಯನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸಂಯುಕ್ತಗಳನ್ನು ಹಲವಾರು ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಕೆಲವನ್ನು ಕೊಡಲಾಗಿದೆ.
- ದರ್ಪಣ ಗ್ಯಾಲ್ವನೋಮಿಟರ್ನಂತಹ ವಿದ್ಯುತ್ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಥಿತಿಸ್ಥಾಪಕ ಗುಣವಿರುವ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಟ್ರ್ಸ್ ಗಾಜನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ದೃಕ್ ಉಪಕರಣಗಳು ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಉಪಕರಣಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಟ್ರ್ಸ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ಮರಳನ್ನು ಗಾಜು ಮತ್ತು ಪಿಂಗಾಣಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ಮರಳು ಮತ್ತು ಕಲ್ಲನ್ನು ಕಟ್ಟಡ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳನ್ನಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ಸೋಡಿಯಮ್ ಸಿಲಿಕೇಟ್ ಅನ್ನು ಜಲಗಾಜು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಜಲಗಾಜು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಿಲಿಕಾದೊಂದಿಗೆ ಸೋಡಿಯಮ್ ಸಿಲಿಕೇಟ್ ಆಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ಕ್ಯಾಲಿಕೋ ಪ್ರಿಂಟಿಂಗ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೇಡ್‍ನ್ನು (Sic) ಗಾಜನ್ನು ಉಜ್ಜಲು ಉಜ್ಜುಗೊರಡಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
- ವಿದ್ಯುತ್ ಮೋಟಾರ್ ಮತ್ತು ಇತರೆ ಸಲಕರಣೆಗಳಿಗೆ ಸಿಲಿಕೋನುಗಳು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾದ ಇನ್ಸಲೇಟರ್ ಗಳಾಗಿವೆ.
- ಸೋಡಿಯಮ್ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಮ್ ಸಿಲಿಕೇಟ್ ಅನ್ನು ಗಡಸು ನೀರನ್ನು ಮೆದುಗೊಳಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಉದ್ಧರಣ
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಎರಡು ಬಹು ರೂಪಗಳಲ್ಲಿ ದೊರೆಯುತ್ತದೆ:
- ಅಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್
- ಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್
ಚೆನ್ನಾಗಿ ಪುಡಿ ಮಾಡಿದ ಸಿಲಿಕಾವನ್ನು(ಮರಳು ಮತ್ತು ಕ್ವಾಟ್ಸ್) ಮೆಗ್ನೀಷಿಯಂ ಪುಡಿಯೊಂದಿಗೆ ಮಿಶ್ರಣ ಮಾಡಿ ಕಾವು-ಜೇಡಿ ಮೂಸೆಯಲ್ಲಿ ಕಾಯಿಸಿದಾಗ ಮೆಗ್ನೀಷಿಯಂ ಆಕ್ಸ್ಯಡ್ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ.
S¡o₂ + 2Mg → Si + 2MgO
ಈ ಉತ್ವನ್ನವನ್ನು ದುರ್ಬಲ ಹೈಡ್ರೋಕ್ಲೋರಿಕ್ ಆಮ್ಲದೊಂದಿಗೆ ತೊಳೆದು ಮೆಗ್ನೀಷಿಯಂ ಆಕ್ಸ್ಯಡ್ ನ್ನು ವಿಲೀನಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ , ನಂತರ ಬದಲಾಗದ ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು ತೆಗೆಯಲು ಹೈಡ್ರೋಕ್ಲೋರಿಕ್ ಆಮ್ಲದೊಂದಿಗೆ ತೊಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉಳಿಯುವ ಪುಡಿಯೆ ಅಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್. ಕೋಕ್ ನೊಂದಿಗೆ ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು ಅಪಕರ್ಷಿಸಿ ಕಡಿಮೆ ಶುದ್ದ ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೋಕ್ ನೊಂದಿಗೆ ಕಾಯಿಸಿದಾಗ ತಿಳಿ ಹಳದಿ ಬಣ್ಣದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸ್ಪಟಿಕ ರೊಪದಲ್ಲಿ ದೊರೆಯುತ್ತದೆ.
SiO₂ + 2C → Si + 2CO ↑
ಸಿಲಿಕಾನ್‍ನ ಗುಣಗಳು
ಭೌತಗುಣಗಳು: ಅಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಡು ಕಂದು ಬಣ್ಣದ ಪುಡಿಯಾಗಿದ್ದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ವಿಲೀನವಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತೆಳು ಹಳದಿ ಬಣ್ಣದ ಹರಳುಗಳ ರೂಪದಲ್ಲಿದ್ದು ವಜ್ರದೊಂದಿಗೆ ರಚನಾ ಸಾಮ್ಯತೆ ಹೊಂದಿದೆ. ಇದರ ಹರಳುಗಳು ಗಾಜನ್ನು ಗೀರುವ, (scratch) ಸಾಮಥ್ರ್ಯ ಹೋಂದಿವೆ. ಇದರ ದ್ರವನ ಬಿಂದು 1683 kಮತ್ತು ಕುದಿಯುವ ಬಿಂದು 2628k.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅಲೋಹವಾದರೂ ಕೂಡ ಒಂದು ಅರೆವಾಹಕ.
ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳು:ಅಸ್ಪಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸ್ಪಟಿಕ ರೂಪಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪಟುತ್ವ ಹೋಂದಿವೆ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಾಶಮಾನವಾಗಿ ಮತ್ತು ಆಕ್ಸಿಜನ್ನಲ್ಲಿ ಕ್ಷಿಪ್ರವಾಗಿ ಉರಿದು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಡೈಯಾಕ್ಸೈಡ್ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ.
Si + o₂ → Sio₂
ಸಿಲಿಕಾನ್ ನೀರಿನೋಂದಿಗೆ ವರ್ತಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ, ಕೆಂಪಾಗಿ ಕಾಯ್ದಾಗ ನೀರಾವಿಯನ್ನು ವಿಭಜಿಸಿ ಹೈಡುರೋಜನನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
Si + 2H₂o → Sio₂ + 2H₂
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮತ್ತು ಕೋಕ್ನ ಮಿಶ್ರಣವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕುಲುಮೆಯಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 3073 ಏ ಗೆ ಕಾಯಿಸಿದಾಗ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ.
Si + c → Sic
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮತ್ತು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಒಂದು ಅಂತರ್ ಅರೆವಾಹಕ. ಇದು ನಿರಪೇಕ್ಷ ಸೊನ್ನ (0.k) ತಾಪದಲ್ಲಿ ನಿರೋಧಕವಾಗಿ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಏಕೆಂದರೆ ಎಲ್ಲಾ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳು ಪರಮಾಣುಗಳಿಗೆ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ. ಕೊಠಡಿ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಏನಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನೋಡೋಣ. ಸರಿ ಸುಮಾರು 300k ಇರುವ ಕೊಠಡಿ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಕೋವಲೆಂಟ್ ಬಂಧವು ಒಡೆಯಲ್ಪಟ್ಟು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಸ್ಥಾನಿಕವಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅಂತರ್ ಅರೆವಾಹಕವಾಗುತ್ತದೆ.
ಡೋಪಿಂಗ್ (Doping) ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ವಿಧಾನದಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್‍ನ ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು. ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ ಮೇಲಿನ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ ನೀವು ಡೋಪಿಂಗ್ ಬಗ್ಗೆ ಕಲಿತಿದ್ದೀರಿ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ತನ್ನ ಪರಮಾಣೂವಿನ ಅತ್ಯಂತ ಹೊರ ಕವಚದಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ರಂಜಕದಂತಹ 15ನೇ ಗುಂಪಿನ ಧಾತು ಒಂದರಿಂದ ಡೋಪಿಂಗ್ ಮಾಡಿದಾಗ ಐದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳು ಒದಗುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳ ಪೈಕಿ ನಾಲ್ಕು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳು ಅಕ್ಕಪಕ್ಕ ನಾಲ್ಕು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣೂಗಳ ಜೊತೆ ಕೋವೆಲೆಂಟ್ ಬಂಧುಗಳನ್ನು ಏರ್ಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಐದನೆಯ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಿಲಿಕಾನ್‍ನ ವಿದ್ಯುತ್ಪವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯಾಗಿ 15ನೇ ಗುಂಪಿನ ಧಾತುವು ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು n – ವಿಧದ ಅರೆವಾಕವನ್ನಾಗಿಸುತ್ತದೆ.
ಬೋರಾನ್‍ನಂತಹ 13ನೇ ಗುಂಪಿನ ಧಾತು ಒಂದನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್‍ಗೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ, ಅದು ಮೂರು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳುನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಮೂರು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ಗಳು ಅಕ್ಕ ಪಕ್ಕದ ನಾಲ್ಕು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿ ಮೂರರ ಜೊತೆ ಕೋವೆಲೆಂಟ್ ಬಂಧ ಉಂಟಾಗಲು ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‍ನ ಕೊರತೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಕೊರತೆಯನ್ನು ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಎಂದು ಭಾವಿಸಿ ರಂಧ್ರ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈರೀತಿಯಾಗಿ 13ನೇ ಗುಂಪಿನ ಧಾತುವು ಸಿಲಿಕಾನನ್ನು p- ವಿಧದ ಅರೆವಾಕವನ್ನಾಗಿಸುತ್ತದೆ.