📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 2 · திண்மங்களின் வகைகள்

திண்மங்களின் வகைகள்

➕ கூடுதல் தலைப்பு — சடத்தின் மூன்று நிலைகளும் (திண்மம் உட்பட) NIE பாடத்திட்டத்தில் அலகு 4 இல் கற்பிக்கப்படுகின்றன. அலகு 2-இல் கற்ற பிணைப்பு வகைகளின் தொகுப்பாக இப்பக்கம் இங்கு இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

முழுமையான பார்வை — திண்மங்களின் வகைகள் (Types of Solids) ஏன் முக்கியம்?

ஒரு பொருள் திண்ம நிலையில் இருக்கும்போது அதன் துணிக்கைகள் ஒரு ஒழுங்கான முப்பரிமாண அமைப்பில் அடுக்கப்பட்டிருக்கின்றன. ஆனால், எல்லாத் திண்மங்களும் ஒரே வகையான துணிக்கைகளாலோ ஒரே வகையான பிணைப்பாலோ ஆனவை அல்ல. ஒரு திண்மத்தில் எத்தகைய துணிக்கைகள் உள்ளன, அவை எத்தகைய விசையால் ஒன்றோடு ஒன்று பிணைக்கப்பட்டுள்ளன என்பதைப் பொறுத்தே அதன் உருகுநிலை, மின்கடத்துத்திறன், கடினத்தன்மை போன்ற இயல்புகள் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன. அலகு 2-இல் கற்ற நான்கு பிணைப்பு வகைகள் — அயன், பங்கீட்டு, உலோக மற்றும் மூலக்கூறிடை விசைகள் — ஒவ்வொன்றும் தனித்த வகையான திண்மத்தை உருவாக்குகின்றன. பிணைப்பு வகையை அறிந்தால் ஒரு பொருளின் இயற்பியல் இயல்புகளை முன்னறிய முடியும் என்பதைத் திண்மங்களின் வகைப்பாடு தெளிவாகக் காட்டுகின்றது. படிகங்களின் விரிவான உள்ளக ஒழுங்கமைப்பு அலகு 4-இல் ஆராயப்படுகின்றது; இங்கு பிணைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட பொது வகைப்பாடு மட்டுமே நோக்கப்படுகின்றது.

திண்மங்களின் நான்கு பிரதான வகைகள்

துணிக்கைகளின் தன்மையையும் அவற்றை இணைக்கும் பிணைப்பு வகையையும் அடிப்படையாகக் கொண்டு படிகத் திண்மங்கள் நான்கு பிரதான வகைகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

அயன் படிகங்கள்

NaCl அயன் படிக சாலகம்
NaCl ionic crystal lattice
Wikipedia → · CC

அயன் படிகங்களில் கற்றயன்களும் அனயன்களும் மாறிமாறி ஒழுங்கான படிகச் சாலகத்தில் (crystal lattice) அடுக்கப்பட்டுள்ளன. எதிரெதிர் ஏற்றமுள்ள அயன்களுக்கு இடையிலான வலிமையான நிலைமின் கவர்ச்சியே இப்படிகத்தை ஒன்றாகப் பிணைத்து வைக்கின்றது. இவ்விசை வலிமையானதாக இருப்பதால் அயன் படிகங்கள் உயர் உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளன. திண்ம நிலையில் அயன்கள் தம் இடத்தில் கட்டுண்டிருப்பதால் இவை மின்னைக் கடத்துவதில்லை; ஆனால் உருக்கப்பட்ட நிலையிலோ நீரில் கரைந்த நிலையிலோ அயன்கள் சுதந்திரமாக நகர முடிவதால் மின்னைக் கடத்துகின்றன. மேலும், ஒரு விசை செலுத்தப்பட்டு அடுக்குகள் நழுவும்போது ஒத்த ஏற்றமுள்ள அயன்கள் எதிரெதிராக வந்து தள்ளுவதால் அயன் படிகங்கள் வலுவற்று உடைந்து விடுகின்றன.

மூலக்கூறு படிகங்கள்

மூலக்கூறு படிகங்களில் தனித்த மூலக்கூறுகள் துணிக்கைகளாக அமைந்துள்ளன. ஒவ்வொரு மூலக்கூறுக்கும் உள்ளே அணுக்கள் வலிமையான பங்கீட்டுப் பிணைப்பால் இணைக்கப்பட்டிருந்தாலும், மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே நலிந்த மூலக்கூறிடை விசைகளே (உதாரணமாக வண்டர் வாலிசு விசைகள் அல்லது ஐதரசன் பிணைப்பு) காணப்படுகின்றன. இந்த மூலக்கூறிடை விசைகள் நலிந்தவை என்பதால் மூலக்கூறு படிகங்கள் தாழ் உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளன; மென்மையானவை. சுதந்திரமாக நகரக்கூடிய ஏற்றம் கொண்ட துணிக்கைகள் இல்லாததால் இவை மின்னைக் கடத்துவதில்லை. பனிக்கட்டி, திண்ம காபனீரொட்சைட்டு போன்றவை மூலக்கூறு படிகங்களுக்கு உதாரணங்களாகும்.

மாபெரும் பங்கீட்டுப் படிகங்கள்

மாபெரும் பங்கீட்டுப் படிகங்களில் அணுக்கள் முழுப் படிகத்திலும் தொடர்ச்சியான பங்கீட்டுப் பிணைப்பு வலையமைப்பால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. ஒட்டுமொத்தப் படிகமும் ஒரே மாபெரும் மூலக்கூறு போன்று செயற்படுவதால் இவை மிக உயர்ந்த உருகுநிலையையும் மிகுந்த கடினத்தன்மையையும் கொண்டுள்ளன. பிணைப்பை முறிக்க அதிக சக்தி தேவைப்படுகின்றது. வைரம், சிலிக்கன் டையொட்சைட்டு (SiO2) போன்றவை இவ்வகையைச் சேர்ந்தவை.

உலோகப் படிகங்கள்

உலோகப் பிணைப்பு மாதிரி
Metallic bonding model
Wikipedia → · CC

உலோகப் படிகங்களில் நேர் ஏற்றமுள்ள உலோகக் கற்றயன்கள் ஒழுங்கான சாலகத்தில் அடுக்கப்பட்டு, அவற்றைச் சூழ இடப்பெயர்வுற்ற இலத்திரன்கள் பொதுவான கடலாகப் பரவியுள்ளன. கற்றயன்களுக்கும் இலத்திரன் கடலுக்கும் இடையிலான உலோகப் பிணைப்பே படிகத்தை இணைத்து வைக்கின்றது. இடப்பெயர்வுற்ற இலத்திரன்கள் சுதந்திரமாக நகர்வதால் உலோகப் படிகங்கள் சிறந்த மின்/வெப்பக் கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளன; அடுக்குகள் நழுவும்போதும் இலத்திரன் கடல் பிணைப்பைக் காப்பதால் இவை அடித்துத் தகடாக்கவும் இழுத்துக் கம்பியாக்கவும் கூடியன.

Ionic crystal +−+−+ −+−+− +−+−+ ions + electrostatic attraction · high MP · NaCl Molecular crystal molecules + weak van der Waals · low MP · ice, CO₂(s) Giant covalent crystal continuous covalent network · very high MP, hard · diamond, SiO₂ Metallic crystal +++++ +++++ cations + delocalised electron sea · conducts, malleable · Cu, Fe

திண்மங்களின் நான்கு பிரதான வகைகள் — அயன், மூலக்கூறு, மாபெரும் பங்கீட்டு, உலோகப் படிகங்கள்; ஒவ்வொன்றிலும் உள்ள துணிக்கையும் இணைக்கும் விசையும்

வைரமும் கிறபைற்றும் — ஒரே மூலகம், வேறுபட்ட கட்டமைப்பு

கிறபைற் மாதிரி
Graphite specimen
Wikipedia → · CC

வைரமும் கிறபைற்றும் இரண்டுமே தூய காபனாலானவை; எனினும் காபன் அணுக்கள் அடுக்கப்பட்டுள்ள விதம் வேறுபடுவதால் இவ்விரண்டின் இயல்புகளும் முற்றிலும் வேறுபடுகின்றன. கட்டமைப்பின் வேறுபாடு எவ்வாறு இயல்பின் வேறுபாட்டை நேரடியாகத் தீர்மானிக்கின்றது என்பதற்கு இவை சிறந்த உதாரணமாக அமைகின்றன.

வைரத்தில் ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் தன்னைச் சூழவுள்ள நான்கு காபன் அணுக்களுடன் பங்கீட்டுப் பிணைப்பால் முப்பரிமாண முக்கோணப் பிரமிட்டு வலையமைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. எல்லா வலுவளவு இலத்திரன்களும் பிணைப்பில் ஈடுபட்டிருப்பதால் வைரம் மிகக் கடினமானது, மிக உயர்ந்த உருகுநிலையைக் கொண்டது, மேலும் சுதந்திர இலத்திரன்கள் இல்லாததால் மின்னைக் கடத்துவதில்லை.

கிறபைற்றில் ஒவ்வொரு காபன் அணுவும் மூன்று காபன் அணுக்களுடன் மட்டுமே பிணைக்கப்பட்டு, அறுகோண வடிவ அடுக்குகளை உருவாக்குகின்றது. ஒவ்வொரு அணுவின் நான்காவது வலுவளவு இலத்திரனும் இடப்பெயர்வுற்ற இலத்திரனாக அடுக்குகளினூடே சுதந்திரமாக நகர முடிவதால் கிறபைற் மின்னைக் கடத்துகின்றது. அடுக்குகளுக்கு இடையே நலிந்த விசைகளே காணப்படுவதால் அவ்வடுக்குகள் எளிதில் ஒன்றின் மீது ஒன்று நழுவுகின்றன; எனவே கிறபைற் மென்மையானது, வழுவழுப்பானது.

Diamond Graphite C C C C C sp³ / 3D network each C bonded to 4 C — rigid, hard weak forces sp² / layered each C bonded to 3 C — layers slide
வைரத்தின் முப்பரிமாண நான்மடிப் பங்கீட்டு வலையமைப்பும், கிறபைற்றின் அடுக்குவடிவ அறுகோணக் கட்டமைப்பும் — அருகருகே ஒப்பீடு

திண்மங்களின் ஒப்பீட்டு அட்டவணை

பண்புஅயன் படிகம்மூலக்கூறு படிகம்மாபெரும் பங்கீட்டுப் படிகம்உலோகப் படிகம்
துணிக்கைகள்கற்றயன், அனயன்மூலக்கூறுகள்அணுக்கள்கற்றயன் + இலத்திரன் கடல்
பிணைப்பு / விசைநிலைமின் கவர்ச்சிநலிந்த மூலக்கூறிடை விசைபங்கீட்டுப் பிணைப்புஉலோகப் பிணைப்பு
உருகுநிலைஉயர்வுதாழ்வுமிக உயர்வுபொதுவாக உயர்வு
மின்கடத்துத்திறன்திண்மத்தில் இல்லை; உருகியதில்/கரைசலில் உண்டுஇல்லைஇல்லை (வைரம்); கிறபைற் கடத்தும்உண்டு
இயந்திரப் பண்புகடினம் ஆனால் உடையக்கூடியதுமென்மைமிகக் கடினம்தகடாக்கக்கூடியது
உதாரணம்NaClபனிக்கட்டி, திண்ம CO2வைரம், SiO2Cu, Fe, Na
படிகத் திண்மங்களின் உள்ளக ஒழுங்கமைப்பும் அலகுக் கலமும் (unit cell) தொடர்பான விரிவான கணிப்புகள் அலகு 4-இல் தனியாக ஆராயப்படுகின்றன. இங்கு பிணைப்பு வகையின் அடிப்படையிலான வகைப்பாடு மட்டுமே கருதப்படுகின்றது.

தேர்வாளர் பார்வை

திண்மத்தின் வகையைக் கண்டறிந்து அதன் இயல்பை விளக்குமாறு கேட்கப்படும் வினாக்களில், எப்போதும் துணிக்கை வகையையும் பிணைப்பு வகையையும் முதலில் இனம் கண்டு, பின்னர் இயல்புகளை அவற்றிலிருந்து காரணத்துடன் விளக்க வேண்டும். அயன் படிகம் திண்ம நிலையில் மின்னைக் கடத்தாது ஆனால் உருகிய நிலையில் கடத்தும் என்பது அடிக்கடி கேட்கப்படும் தொடர்பாகும். வைரம் மற்றும் கிறபைற் இரண்டுமே காபனாலானவை எனினும் வேறுபட்ட இயல்புகளைக் கொண்டிருப்பதற்குக் காபன் அணுக்களின் அடுக்கமைப்பு வேறுபாடே காரணம் என்பதை — கிறபைற்றில் நான்காவது இலத்திரன் இடப்பெயர்வுற்று மின்னைக் கடத்துவதையும், வைரத்தில் நான்கு இலத்திரன்களும் பிணைப்பில் ஈடுபடுவதையும் — தெளிவாக எழுத வேண்டும். மாபெரும் பங்கீட்டுப் படிகத்தையும் மூலக்கூறு படிகத்தையும் குழப்பிக்கொள்வது பொதுவான பிழையாகும்.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Solid-state structures
திட நிலை கட்டமைப்புகள்
Solid-state structures
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. வைரம் எந்த வகைத் திண்மம்?

    1. அயன்
    2. உலோக
    3. மூலக்கூற்று
    4. மாபெரும் பங்கீட்டுச் சாலகம்
    5. அமார்ஃபஸ்
    விடை
    (4) — வைரம் = மாபெரும் பங்கீட்டுச் சாலகம் (sp³ C).

  2. மூலக்கூற்றுத் திண்மங்களின் (எ-கா I₂, பனிக்கட்டி) உருகுநிலை:

    1. மிக உயர்வு
    2. தாழ்வு
    3. மாறாது
    4. பூச்சியம்
    5. கணிக்க முடியாது
    விடை
    (2) — மெல்லிய துணை இடைத்தாக்கம் → தாழ் உருகுநிலை.

  3. உருகிய நிலையில் மட்டுமே கடத்தும் திண்மம்:

    1. உலோக
    2. அயன்
    3. மூலக்கூற்று
    4. பங்கீட்டுச் சாலகம்
    5. வைரம்
    விடை
    (2) — அயன் — நகரும் அயன்கள் உருகிய நிலையில்.

  4. மின்னோட்டத்தைக் கடத்தும் பங்கீட்டுச் சாலகம்:

    1. வைரம்
    2. கிராஃபைட்
    3. SiO₂
    4. பனிக்கட்டி
    5. NaCl
    விடை
    (2) — கிராஃபைட் — இடப்பெயர்வுற்ற π இலத்திரன்கள்.

  5. திண்மங்களின் உருகுநிலை வரிசை (பொதுவாக உயர்→தாழ்):

    1. மூலக்கூற்று > அயன் > பங்கீட்டுச் சாலகம்
    2. பங்கீட்டுச் சாலகம் > அயன் > மூலக்கூற்று
    3. உலோக > மூலக்கூற்று
    4. அனைத்தும் சமம்
    5. அயன் > பங்கீட்டுச் சாலகம் > உலோக
    விடை
    (2) — மாபெரும் பங்கீட்டுச் சாலகம் மிக உயர், மூலக்கூற்று மிகத் தாழ்.

  6. உலோகத் திண்மங்கள் கடத்துவது (திண்ம நிலையிலும்):

    1. அயன்கள்
    2. இடப்பெயர்வுற்ற இலத்திரன்கள்
    3. தனிச்சோடி
    4. மூலக்கூறு
    5. நியூட்ரான்
    விடை
    (2) — நகரும் இடப்பெயர்வுற்ற இலத்திரன்கள்.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• நான்கு வகைத் திண்மங்களையும் (அயன், உலோக, மூலக்கூற்று, பங்கீட்டுச் சாலகம்) எடுத்துக்காட்டுடன் தருக.

மாதிரி விடை
அயன் (NaCl), உலோக (Cu), மூலக்கூற்று (I₂, பனிக்கட்டி), மாபெரும் பங்கீட்டுச் சாலகம் (வைரம், SiO₂).

• வைரமும் கிராஃபைட்டும் ஒத்த உறுப்பு (C) கொண்டும் வேறு பண்புகள் ஏன்?

மாதிரி விடை
வைரம் sp³ முப்பரிமாண வலை (கடினம், கடத்தாது); கிராஃபைட் sp² அடுக்குகள் + இடப்பெயர்வுற்ற π (மென்மை, கடத்தும்).

கட்டுரை வினா

• நான்கு வகைத் திண்மங்களின் கட்டமைப்பு, பிணைப்பு, பண்புகளை எடுத்துக்காட்டுகளுடன் ஒப்பிட்டு விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: அயன் (NaCl, உயர் mp, உருகி கடத்தும்); உலோக (Cu, கடத்தும், அடிக்கப்படும்); மூலக்கூற்று (I₂, தாழ் mp, கடத்தா); பங்கீட்டுச் சாலகம் (வைரம்/கிராஃபைட், மிக உயர் mp).
← அலகு 2