கார்பனின் புறவேற்றுமைகள்

கார்பனின் புறவேற்றுமைகள் பற்றி இக்கட்டுரையில் காண இருக்கிறோம். முதலில் புறவேற்றுமை என்றால் என்ன? என்பது பற்றிப் பார்ப்போம்.

ஒரு தனிமத்தின் வேறுபட்ட (அணுக்களின்) கட்டமைப்பின் காரணமாக உருவாகும் மாறுபட்ட வடிவங்கள் புறவேற்றுமைகள் ஆகும்.

அத்தகைய மாறுபட்ட வடிவமுடைய தனிமத்திற்கு ‘புறவேற்றுமை வடிவம்’ என்று பெயர்.

கார்பன் தனிமமானது ‘புறவேற்றுமை’ (allotropy) எனும் சிறப்பு பண்பினை பெற்றுள்ளது.

அடிப்படையில் வைரம், கிராஃபைட் மற்றும் படிகமற்ற (amorphous) கார்பன் எனும் மூன்று முக்கிய புறவேற்றுமை வடிவத்தினை கார்பன் பெற்றிருக்கிறது.

நவீன அறிவியல் வளர்ச்சியின் காரணமாக (நானோதொழிற்நுட்ப வளர்ச்சி) சுமார் எட்டிற்கும் மேற்பட்ட கார்பன் புறவேற்றுமைகள் இதுவரையிலும் கண்டறியப்பட்டுள்ளன.

 தற்போது, கார்பனின் புறவேற்றுமை பற்றி உதாரணத்துடன் கூடிய விளக்கத்தை காண்போம்.

 

கார்பனின் முக்கிய புறவேற்றுமைககள் வைரம் மற்றும் கிராஃபைட் ஆகியவை ஆகும்.

இரண்டுமே கார்பன் தனிமத்தால் (அணுக்காளால்) ஆக்கப்பட்டவை தான். இருப்பினும், இவற்றின் பண்புகள் பெருமளவு வேறுபடுகிறது. 

 

வைரம்

வைரம் மிகவும் கடினமான அதேசமயத்தில் ஒளிபுகும் தன்மை கொண்ட படிகநிலை பொருளாகும்.

மேலும், சிறந்த மின்காப்பு (மின்சாரத்தை கடத்தாது) பொருளாகவும் வைரம் விளங்குகிறது.

 

கிராஃபைட்

கிராஃபைட் புறவேற்றுமை வடிவமோ மிருதுவான திடபொருளாகும்.

கருமை நிறபொருளான இது மின்சாரத்தை நன்கு கடத்தக்கூடியது!

 

இத்தகைய, மாறுபட்ட பண்பிற்கு காரணம், அவற்றில் இருக்கும் கார்பன் மற்றும் கார்பனுக்கு இடையேயான பிணைப்பின் காரணமாக உண்டாகும் வடிவ வேறுபாடு தான்!

அதாவது, வைரத்தில் உள்ள கார்பன் அணுக்கள் நான்முகி (tetrahedral) வடிவத்தில் மிகவும் உறுதியாக பிணைக்கப்பட்டிருக்கின்றன.

 

 

வைரத்தின் வடிவம்
வைரத்தின் வடிவம்

 

இவ்வடிவத்தால் தான், வைரம் உறுதியுடன், மின்காப்பு பண்பினையும் பெற்றிருக்கிறது. 

ஆனால் கிராஃபைட்டிலோ, கார்பன் அணுக்கள் அறுங்கோண (hexagonal) வடிவில் பிணைக்கப்பட்டு, தாள் போன்ற அமைப்பை கொண்டுள்ளது.

 

கிராஃபைட் வடிவம்
கிராஃபைட் வடிவம்

 

கிராஃபைட் தாள் வடிவம்
கிராஃபைட் தாள் வடிவம்

 

மேலும் இத்தாள்கள் அனைத்தும் வலிமை குறைந்த விசையின் மூலம் ஒன்றுடன் ஒன்று பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. இதனால், கிராஃபைட்  மிகவும் மென்மையாக இருக்கின்றது.

இதுவே, அதன் மின்கடத்து பண்பிற்கும் காரணமாக அமைந்திருக்கிறது.

ஆக வடிவத்தின் காரணமாகவே, வைரம் மற்றும் கிராஃபைட்டின் பண்புகள் பெருமளவு மாறுபடுகின்றன. இதனையே புறவேற்றுமை என்று அழைக்கிறோம்.  

சரி, முன்னதாக பார்த்த மூன்று முக்கிய புறவேற்றுமை வடிவங்களை தவிர்த்து, கார்பனின் ஏனைய புறவேற்றுமை வடிவங்களின் பெயர்களை தற்போது காணலாம்.

 

பக்கிமின்ச்டர் ஃபுல்லரீன் (Buckminsterfullerene)

இது பந்து வடிவ கார்பனின் புறவேற்றுமை வடிவமாகும். இதில் ஐங்கோண மற்றும் அறுங்கோண வடிவில் கார்பன் அணுக்கள் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன.

லான்ஸ்டோலைட் (lonsdaleite)

இதில் கார்பன் அணுக்கள் அறுங்கோண வடிவில் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஆனால், வைரத்தின் வடிவத்தை பெற்றுள்ளது.

 

கார்பன் நானோகுழாய் (nanotubes)

வைரத்தை விட அதிக உறுதி தன்மை கொண்ட இப்புறவேற்றுமை வடிவமானது குழாய் வடிவத்தில் அமைந்திருக்கிறது.

கிராஃபின் (graphene)

ஒது ஒற்றை தாள் வடிவமுடையது. இது பல்வேறு துறைகளிலும் பயன்படுத்தப்பட்டு வருவது குறிப்பிடத்தக்கது. 

கண்ணாடி கார்பன்

மின்வேதி துறையில் இப்புறவேற்றுமை வடிவம் பெருமளவு பயன்படுத்தப்படுகிறது.

C540

இது ஃபுல்லரீன் போன்று, உள்ளீடற்ற பந்து வடிவத்தில் அமைந்திருக்கும், கார்பனின் செயற்கை புறவேற்றுமை வடிவமாகும்.

C70

இதுவும் ஃபுல்லரீன் வடிவத்தை போன்ற செயற்கை புறவேற்றுமை வடிவமாகும்.

கார்பன் புள்ளிகள் (dots)

சுமார் பத்து நானோமீட்டர் அளவிற்கும் கீழான விட்டமுடைய கார்பன் துகள்களை கார்பன் புள்ளிகள் என்கின்றனர்.

நவோமின் (novamene)

இவ்வகை புதிய புறவேற்றுமையில், கார்பன் அணுக்கள் அறுங்கோண வைர வடிவ மற்றும் மோதிர வடிவத்தில் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. 

சுருங்க பார்த்தால், வடிவ மாறுபாட்டின் காரணமாக‌ கார்பனின் புறவேற்றுமைகள் வெவ்வேறு இயற் பண்புகளை பெற்றிருக்கின்றன.

அதனால், அவற்றினை பல்வேறு துறைகளிலும் தேவைக்கேற்ப பயன்படுத்தி வருகின்றனர். 

எதிர்வரும் கட்டுரைகளில், மேற்கண்ட ஒவ்வொரு (கார்பனின்) புறவேற்றுமை வடிவத்தினை பற்றியும் விரிவாக காணலாம்.

மேலும், அப்புறவேற்றுமை வடிவங்களை முன்வைத்து நடைபெற்று வரும் தற்கால அறிவியல் ஆய்வுகள் பற்றியும் விரிவாக காண்போம்.

– முனைவர்.ஆர்.சுரேஷ்
ஆராய்ச்சியாளர்
பகுப்பாய்வு மற்றும் க‌னிம வேதியியல் துறை
கன்செப்ஷன் ப‌ல்கலைக்கழகம், சிலி
sureshinorg@gmail.com
WhatsApp +91 9941633807

 

தங்கள் கருத்துக்களைப் பகிரலாமே

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.