സിലിക്കൺ – ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം

ഡോ.കെ.കെ.ദേവദാസൻ

റിട്ടയേർഡ് പ്രൊഫസർ രസതന്ത്ര വിഭാഗം, മലബാർ ക്രിസ്ത്യൻ കോളേജ്

ലൂക്ക – ആവര്‍ത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാര്‍ഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. പതിനാലാം ദിവസമായ ഇന്ന് സിലിക്കണിനെ പരിചയപ്പെടാം

1980കളുടെ അവസാനത്തിൽ കേരളത്തിൽ ടെലിവിഷൻ പ്രചാരത്തിൽ വന്ന കാലം. ടെലിവിഷനിൽ മിന്നിമായുന്ന പരസ്യങ്ങൾ കുറെയൊക്കെ ആകാംഷയോടും അത്ഭുതത്തോടും കൂടിയാണല്ലോ അന്ന്  നോക്കിയിരുന്നത്. അയല്‍ വീട്ടിലെ എട്ടാം ക്ലാസുകാരനായ ഒരു വിദ്യാർത്ഥി ടെലിവിഷനിൽ കണ്ട ഒരു പ്രത്യേക ബ്രാൻഡ് ടെലിവിഷനെ കുറിച്ചുള്ള പരസ്യത്തെ പറ്റി എന്നോട് സംശയം ചോദിച്ചു. പരസ്യത്തിൽ കൊടുത്തത് from sand to television  എന്ന വാചകമായിരുന്നു. എന്താ അങ്ങനെ പറയുന്നത് സാർ ? sand എന്നത് സിലിക്കൺ എന്ന മൂലകത്തിന്റെ ഓക്സൈഡ് ആണെന്നും അതിൽ നിന്ന് നിരോക്സീകരണം വഴിയാണ് സിലിക്കൺ എന്ന മൂലകം നിർമിക്കുന്നത് എന്നും ഇത് അർധചാലകമാണെന്നും ഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയെല്ലാം നിർമിതിയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇതാണെന്നും പറഞ്ഞപ്പോഴാണ് കുട്ടിക്ക് സമാധാനമായത്.

Si എന്നസൂചകത്താൽ രേഖപ്പെടുത്തുന്ന സിലിക്കൺ എന്ന മൂലകത്തിന്റെ അറ്റോമിക സംഖ്യ14ആണ്. പഴയആവർത്തനപട്ടികയിലെ നാലാംഗ്രൂപ്പിലെ രണ്ടാമൻ. പുതിയ ആവർത്തനപട്ടികയിലെ മൂന്നാംപീരീഡിലെ പതിനാലാം ഗ്രൂപ്പിലെ രണ്ടാമൻ. ഇലക്ട്രോൺവിന്യാസം 1s² 2s²2p⁶ 3s² 3p² .സംയോജകത 4. ഇതിന്റെ ഇരുപതോളം ഐസോടോപ്പുകൾ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഇതില്‍ ഏറ്റവും പ്രധാനം മാസ് നമ്പർ 28ഉള്ളതാണ് (ഏകദേശം92%) .ബാക്കി 29,30, 31,32 തുടങ്ങിയ മാസ്സ്നമ്പർ ഉള്ളവ. 31,32 മാസ് നമ്പർ ഉള്ളവ റേഡിയോആക്റ്റിവിത‌‌‌ കാണിക്കുന്നു. 

ഭൂവൽക്കത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ കാണുന്ന രണ്ടാമത്തെ മൂലകമാണ് സിലിക്കൺ. ഒന്നാമത്തേത് ഓക്സിജൻ ആണെന്നറിയാമല്ലോ. രസകരമായ കാര്യമെന്തെന്നാൽ സിലിക്കൺ ഭൂമിയിൽ കാണപ്പെടുന്നത് ഓക്സിജനും ചില ലോഹങ്ങളുടെ ധാതുക്കളും മാത്രമായാണ്. ഇത്തരം ധാതുക്കളെ സിലിക്കേറ്റുകൾ എന്ന് പറയാം. നമ്മുടെ പ്രകൃതിയിൽ കാണുന്ന കരിങ്കല്ല്, വെട്ടുകല്ല്, പാറ, വിവിധയിനം മണ്ണ്, മണൽ, കളിമണ്ണ് , ടാൽക്, ആസ്ബസ്റ്റോസ് എല്ലാം തന്നെ സിലിക്കേറ്റ് ധാതുക്കളാണ്.  

മണൽ (സിലിക്ക -രാസസൂത്രം SiO₂) ഹൈഡ്രോ ഫ്ളൂറിക് ആസിഡുമായി പ്രവർത്തിച്ചു കിട്ടുന്ന  സിലിക്കൺ ടെട്രാഫ്ലൂറൈഡ് പൊട്ടാസ്യവുമായി ചൂടാക്കിയാണ് 1811 ൽ ഗേലുസ്സാക് (Gay Lussac) തേനാർഡ് (Thenard) എന്നീ രണ്ടു രസതന്ത്രജ്ഞർ ആദ്യമായി സിലിക്കൺ എന്ന മൂലകത്തെ  വേർതിരിച്ചെടുത്തത്. ഇതേ രാസപ്രക്രിയ കുറച്ചുകൂടി മെച്ചപ്പെട്ട രീതിയിൽ നടത്തി 1823 ൽ ജോൺസ് ജേക്കബ് ബെർസിലിയസ് ആദ്യമായി ശുദ്ധരൂപത്തിൽ സിലിക്കൺ നിർമ്മിച്ചു. പിന്നീട് അങ്ങോട്ട് സിലിക്കണിനെ കുറിച്ചുള്ള രസതന്ത്രപഠനങ്ങൾ വളരെ ശക്തിപ്രാപിച്ചു എന്ന് പറയാം.  ഇന്നും അത് തുടരുന്നു. 

അലോഹ മൂലകങ്ങളിൽ ബോറോൺ കഴിഞ്ഞാൽ ദ്രവനിലയും തിളനിലയും ഏറ്റവും കൂടുതലായുള്ളത്  സിലിക്കൺ ആണ്. (യഥാക്രമം 1414^oC ഉം 3265^oC ഉം)

സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ  പ്രകൃതിയിലെ എല്ലാ ധാതുക്കളും പ്രാചീന കാലം മുതൽ തന്നെ വിവിധയിനം  നിർമാണ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിച്ച് വരുന്നു. ഇഷ്ടിക നിർമാണത്തിനും സിമന്റ് നിർമാണത്തിനും വേണ്ട  കളിമണ്ണ്, കെട്ടിട നിർമാണത്തിനുള്ള കരിങ്കല്ല്, ചെത്തുകല്ല് , മണ്ണ്, പൂഴിമണൽ എല്ലാം തന്നെ സിലിക്കൺ ധാതുക്കൾ ആണെന്നറിയുമ്പോഴാണ് സിലിക്കണിന്റെ പ്രാധാന്യം ബോധ്യപ്പെടുന്നത്. ഗ്ലാസ്, പോർസലൈൻ, സിലിക്കൺ പോളിമറുകൾ, സിലിക്കൺ സ്റ്റീൽ അഥവാ ഫെറോ സിലിക്കൺ എന്നിവയുടെ നിർമാണത്തിലും സിലിക്കൺ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ടതാണ്. 

സിലിക്കൺ യുഗം 

സിലിക്കൺ യുഗം (ഡിജിറ്റൽയുഗം, വിവരസാങ്കേതികയുഗം) എന്നീവാക്കുകൾവളരെ സുപരിചിതമാണല്ലോ. ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെഅവസാനം മുതൽ ഇന്നാൾ വരെയുള്ള കാലഘട്ടത്തെ സിലിക്കൺ യുഗം (Silicon Age) എന്ന് വിശേഷിപ്പിക്കാറുണ്ട്. സിലിക്കൺ എന്ന മൂലകം ഒരു അർധചാലകം ആണ് എന്നതാണ് ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനം. സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയ അർധ ചാലകങ്ങൾ (Intrinsic, n-type, p-type , p-n-p junction തുടങ്ങിയവ) ഇലക്ട്രോണിക് വ്യവസായത്തിൽ ഒരു നൂറ്റാണ്ടിലധികമായി വളരെ നിർണായക പങ്കു വഹിക്കുന്നു. 1906ൽ ആയിരുന്നു അമേരിക്കൻ എൻജിനീയറായ ഗ്രീൻലീഫ് വിറ്റിയർ പിക്കാർഡ് (Greenleaf Whittier Pickard) സിലിക്കൺ സെമികണ്ടക്ടർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ആദ്യത്തെ റേഡിയോക്രിസ്റ്റൽ ഡിറ്റക്റ്റർ നിർമിച്ചത്. സിലിക്കണിൽ p-n ജംഗ്‌ഷൻ എഫക്ട് , ഫോട്ടോ വോൾട്ടാ എഫക്ട് എന്നിവ ആദ്യം നിരീക്ഷിച്ചത് 1940 ൽ റസ്സൽ ഓൾ (Russel Ohl) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻആയിരുന്നു. 1954ൽ ബെൽ ലാബിലാണ് (Bell Laboratory) മോറിസ് ടാനെൻബൺ (Morris Tanenbaun) എന്ന ശാസ്തജ്ഞൻ ആദ്യത്തെ സിലിക്കൺ ജങ്ഷൻ  ട്രാൻസിസ്റ്റർ വികസിപ്പിച്ചത്. 

സിലിക്കൺചിപ്പുകളും സെമികണ്ടക്ടറുകളും ഉപയോഗിച്ചുള്ള എല്ലാ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും  നിർമാണം കേന്ദ്രീകരിച്ചുള്ള സ്ഥലങ്ങളെ സിലിക്കൺവാലി(Silicon Valley) എന്ന് വിളിക്കാറുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിനു കാലിഫോർണിയയിലെ സാന്റി താഴ്‌വര, ഒറിഗോണിലെ  സിലിക്കൺ ഫോറസ്ററ്, ടെക്‌സാസിലെ സിലിക്കൺ ഹിൽസ് തുടങ്ങിയവ. ബാംഗ്ളൂരിനെ ചിലർ ഇന്ത്യയിലെ സിലിക്കൺ വാലി എന്ന് വിശേഷിപ്പിക്കാറുണ്ട്. 

ഇന്നത്തെ കാലഘട്ടത്തിൽ സിലിക്കൺ നിർമിക്കുന്നത് ശുദ്ധീകരിച്ച മണൽ (സിലിക്ക SiO2), ശുദ്ധമായ കാർബൺ (Coke) ചേർത്ത് പ്രത്യേക താപനിലയിൽ ചൂടാക്കിയുള്ള നിരോക്സീകരണ പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ്. ലോകത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ സിലിക്കൺ നിർമിക്കുന്നത് ചൈനയാണ്. ( പ്രതിവർഷം ഏകദേശം 4.6 ലക്ഷം ടൺ) 

ലോകത്തിലെ മൊത്തം ഉത്പാദനത്തിന്റെ മൂന്നിൽ രണ്ടു വരും ഇത്. അർധചാലകങ്ങൾക്കാവശ്യമായ അതീവശുദ്ധമായ സിലിക്കൺ ശുദ്ധീകരിച്ച് എടുക്കുന്നത് Zone Refining എന്ന വിദ്യയിലൂടെയാണ്. ശുദ്ധ സിലിക്കണിൽ നേരിയ തോതിൽ ഫോസ്ഫറസ് , ആർസനിക്, ആന്റിമണി തുടങ്ങിയ മൂലകങ്ങൾ (ബാഹ്യഷെല്ലിൽ 5 ഇലക്ട്രോൺ ഉള്ളവ) ചേർക്കുമ്പോൾ n-type അർധചാലകവും, ബോറോൺ, അലുമിനിയം, ഗാലിയം(ബാഹ്യഷെല്ലിൽ 3 ഇലക്ട്രോൺ ഉള്ളവ)  തുടങ്ങിയവ ചേർക്കുമ്പോൾ p-type അർധചാലകവും ലഭിക്കുന്നു .

സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ  കൂട്ടുലോഹങ്ങളാണ് സിലിക്കൺ സ്റ്റീലും സിലുമിനും. സിലിക്കൺസ്റ്റീൽ സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ ഉരുക്കാണ്. സിലുമിനാകട്ടെ അലുമിനിയവും സിലിക്കണും ചേർത്തുണ്ടാക്കുന്നു. ഇവരണ്ടും അതീവപ്രാധാന്യമുള്ള കൂട്ടുലോഹങ്ങളാണ്. 

സിലിക്ക SiO₂

സിലിക്കണിന്റെ പ്രകൃതിയിൽ കാണപ്പെടുന്ന ഒരു ധാതുവാണ്‌ ഇത് നിരവധി ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിൽ സിലിക്ക കാണപ്പെടുന്നു.  ക്വർട്സ്(Quartz), അഗേറ്റ് (agate), ട്രൈഡിമൈറ്റ് (tridimite ), ക്രിസ്റ്റോബാലൈറ്റ് (Cristobalite) എന്നിവ അവയിൽ ചിലത് മാത്രം. 

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്

കാർബൊറണ്ടം എന്ന് പേരുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) വജ്രംകഴിഞ്ഞാൽ ഏറ്റവും കടുപ്പം കൂടിയ പദാർത്ഥമാണ്. 1891ൽ എഡ്വേർഡ് ഗുഡ്റിച്ച് അഡിസൺ ( Edward Goodrich Adheson) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ് ആദ്യമായി ഈ സിലിക്കൺ ഉത്പന്നം ഉണ്ടാക്കിയത്.  പ്രധാനമായും ഒരു abrasive (അപഘർഷകം )ആയി ഉപയോഗിക്കുന്ന പദാർത്ഥം. 250വിവിധ ക്രിസ്റ്റലീയ രൂപങ്ങളിൽ ഉണ്ടാക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് എന്നത് അത്ഭുകരമായി തോന്നാം. പ്രതിവർഷം ഏകദേശം ഒരുലക്ഷം ടൺ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വിവിധ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി ലോകത്തിൽ ഉണ്ടാക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. 

സിലിക്കോണുകൾ (Silicones) 

സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ നിരവധി കാർബണിക സംയുക്തങ്ങൾ വിവിധ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി നിർമ്മിച്ചെടുക്കുന്നുണ്ട്. അവയിൽ വളരെ പ്രധാനമാണ് സിലിക്കൺ പോളിമറുകൾ. ഡൈമീതൈൽ സിലിക്കൺ ക്ലോറൈഡിനെ   (Dimethyl silicon chloride -( CH₃)₂SiCl₂) ഹൈഡ്രോലിസിസ് , പോളിമറീകരണം എന്നിവ നടത്തിയാണ് ഇതുണ്ടാക്കുന്നത്. വ്യത്യസ്തമായ ചുറ്റുപാടുകളോടുള്ള (ചൂട്, വായു, വെള്ളം, പ്രകാശം, അമ്ലം, ക്ഷാരം) ഇവയുടെ പ്രതിരോധശേഷിയും സ്ഥിരതയുള്ള ഘടനയും അനവധി ഉപയോഗങ്ങൾക്ക് – പശകൾ, ലൂബ്രിക്കന്റുകൾ, പാചകപാത്രങ്ങൾ, തെർമൽ ഇലക്ട്രിക് ഇൻസുലേറ്റർ- അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. സിലിക്കൺഓയിൽ, സിലിക്കൺഗ്രീസ്, സിലിക്കൺറബ്ബർ എന്നിവയെല്ലാം സിലിക്കൺഉത്പന്നങ്ങളാണ്.

സിയോലൈറ്റുകൾ (Zeolites)

തേനീച്ചക്കൂടിനു സമാനമായ ഘടനയുള്ള അലൂമിനിയം അടങ്ങിയ സിലിക്കേറ്റുകളാണിവ. ഇരുന്നൂറ്റിനാല്പപത്തഞ്ചോളം വിത്യസ്തതരത്തിലുള്ള ഘടനകളുള്ള സിയോലൈറ്റുകൾ നിർമിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്.  പ്രത്യേകവലിപ്പത്തിലുള്ള അനേകം സുഷിരങ്ങളുള്ള ഇവ ജല ശുദ്ധീകരണം, പ്രത്യേക വലിപ്പമുള്ള തന്മാത്രകളെ മറ്റുള്ളവയിൽനിന്നും വേർതിരിച്ചെടുക്കൽ (തന്മാത്രാതല അരിപ്പകൾ –  Molecular Sieves), നിരവധിരാസപ്രക്രിയകളിൽ രാസത്വരകമായും (Catalyst) വാതകങ്ങളെ വേർതിരിക്കൽ തുടങ്ങി നിരവധി കാര്യങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ രത്നകല്ലുകളാണ് മരതകം (Emarald), ഗാർനെറ്റ് (garnet), ജേഡ് (jade), ടോപാസ്(Topaz) തുടങ്ങിയവ. 

അവസാനമായി ഒരു മുന്നറിയിപ്പ്- നിരന്തരംസിലിക്കൺ ധൂളികൾ ശ്വസിക്കുന്നത് ശ്വാസകോശത്തിനെ കേടുവരുത്തും. ബ്രോങ്കൈറ്റിസ്, സിലിക്കോസിസ് എന്നിവക്ക്കാരണമാകും. സിലിക്കൺ നിർമാണത്തിലും അനുബന്ധ വ്യവസായങ്ങളിലും ജോലിയെടുക്കുന്നവർ ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട ഒരു കാര്യമാണിത്. 

Happy

0 0 %

Sad

1 50 %

Excited

1 50 %

Sleepy

0 0 %

Angry

0 0 %

Surprise

0 0 %