ಘನಸ್ಥಿತಿ ರಸಾಯನವಿಜ್ಞಾನ

ಘನಸ್ಥಿತಿ ರಸಾಯನವಿಜ್ಞಾನವು ವಸ್ತುಗಳ ಘನಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳು, ಸ್ಫಟಿಕ ವಸ್ತುಗಳ ಬೆಳೆವಣಿಗೆ, ಅವುಗಳ ಶುದ್ಧೀಕರಣ ಮತ್ತು ಘಟನಾತ್ಮಕ ಅಧ್ಯಯನ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳು, ಮೇಲ್ಮೈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ (ಸರ್ಫೇಸ್ ಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ) ಮುಂತಾದವುಗಳ ಅಧ್ಯಯನ (ಸಾಲಿಡ್-ಸ್ಟೇಟ್ ಕೆಮಿಸ್ಟ್ರಿ). ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳ ಅಧ್ಯಯನ ಕೂಡ ಇದೇ ವಿಭಾಗಕ್ಕೆ ಸೇರಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಘನವಸ್ತುಗಳ ಭೌತ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳು ಬಹುಮಟ್ಟಿಗೆ ನೆರವಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ದೋಷಗಳ ಅಂತರಕ್ರಿಯೆ, ಸಮತೋಲ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಸಾರತೆಯನ್ನು (ಕಾನ್ಸೆಂಟ್ರೇಷನ್) ಹತೋಟಿಯಲ್ಲಿಡುವುದು ಮುಂತಾದವು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಘನಸ್ಥಿತಿ ರಸಾಯನವಿಜ್ಞಾನವು ಅವುಗಳ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಅತಿಮುಖ್ಯವಾದವು ಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಘನಗಳು (crystalline solids). ಅರೆಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಮತ್ತು ಅಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಘನಗಳಿಗೆ ಪಾಲಿಮರುಗಳ ಮತ್ತು ಗಾಜುಗಳ ಉದಾಹರಣೆಯನ್ನು ಕೊಡಬಹುದು. ಆದರೆ ಈ ಘನಗಳಲ್ಲಿನ ಅಣು ಅಥವಾ ಪರಮಾಣುಗಳು ಯಾವುದೇ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾದ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಇಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಈ ವಸ್ತುಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಮತಲಗಳ ವಿಚಾರವಾಗಲಿ, ಅಂತರಪರಮಾಣು ದೂರಗಳನ್ನಾಗಲಿ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಘನಸ್ಥಿತಿ ರಸಾಯನವಿಜ್ಞಾನವು ಹೆಚ್ಚಿಗೆ ಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಘನಗಳ ರಚನಾಕೃತಿಯನ್ನು ಕುರಿತೇ ಉಂಟು.

ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ರಚನೆ

ಸರಳ ಘನಿಕ ಜಾಲಕದ ಮಿಲ್ಲರ್ ಘಾತಾಂಕಗಳು

ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿನ ಅಣು ಅಥವಾ ಪರಮಾಣುಗಳು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾದ ರಚನೆಯಲ್ಲಿವೆ. ಅಂದರೆ ಸ್ಫಟಿಕಜಾಲಕದಲ್ಲಿ (ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ ಲ್ಯಾಟ್ಟಿಸ್) ಇವು ಮೂರು ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಅವಧಿಯುತವಾಗಿ ಪುನರಾವರ್ತಿಸುವ (periodically repeating) ರಚನೆಯನ್ನು ಪಡೆದಿವೆ. ಈ ರೂಪದ ಸದಿಶಗಳನ್ನು a, b, c ಎಂದಿಟ್ಟುಕೊಂಡಲ್ಲಿ ಇವುಗಳನ್ನೊಳಗೊಂಡ ಘನಾಕೃತಿಯನ್ನು ಸ್ಫಟಿಕದ ಆದಿಮಕೋಶ (ಪ್ರಿಮಿಟಿವ್ ಸೆಲ್) ಎಂದು ಕರೆಯಬಹುದು. ಇದನ್ನು ಮೂರು ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಪುನರಾವರ್ತಿಸಿದರೆ ಸ್ಫಟಿಕಜಾಲಕ ದೊರೆಯುತ್ತದೆ. ಆಗ ಈ ಕೋಶವನ್ನು ಏಕಮಾನಕೋಶವೆಂದು (ಯೂನಿಟ್ ಸೆಲ್) ಕೂಡ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಸ್ಫಟಿಕ ಜಾಲಕದಲ್ಲಿ ಹದಿನಾಲ್ಕು ತರಹದ ವಿವಿಧ ರಚನೆಗಳು ಸಾಧ್ಯ. ಇವುಗಳಿಗೆ ಬ್ರೇವಾಸ್ ಜಾಲಕಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಹದಿನಾಲ್ಕು ಜಾಲಕಗಳನ್ನು ಅಸ್ಫಟಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸ್ಫಟಿಕ ಜಾಲಕಗಳನ್ನು ಕೆಲವು ಜ್ಯಾಮಿತೀಯ ಪರಿಕರ್ಮಗಳಿಗೆ ಗುರಿಮಾಡಬಹುದು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾದವುಗಳು ಸಮಾಂಗತಾಕ್ಷ (ಆಕ್ಸಿಸ್ ಆಫ್ ಸಿಮೆಟ್ರಿ), ಸಮಾಂಗತಾಕೇಂದ್ರ (centre of symmetry) ಮತ್ತು ಸಮಾಂಗತಾಸಮತಲ (plane of symmetry). ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಲು ಸ್ಫಟಿಕದ ಸಮತಲಗಳನ್ನು ಮಿಲ್ಲರ್ ಘಾತಾಂಕಗಳಿಂದ (ಮಿಲ್ಲರ್ ಇಂಡಿಸಸ್) ಗುರುತಿಸುವುದು ಅಗತ್ಯ. ಸರಳ ಘನಿಕ ಜಾಲಕದಲ್ಲಿ (ಸಿಂಪಲ್ ಕ್ಯೂಬಿಕ್ ಲ್ಯಾಟ್ಟಿಸ್) ವಿವಿಧ ಮಿಲ್ಲರ್ ಘಾತಾಂಕಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಮತಲಗಳನ್ನು ಪಕ್ಕದ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದೆ.

ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ದೃಢ ಗೋಳಗಳೆಂದಿಟ್ಟುಕೊಂಡರೆ (ರಿಜಿಡ್ ಸ್ಫಿಯರ್ಸ್) ಅವನ್ನು ಘನದಲ್ಲಿ ಒತ್ತಾಗಿ ಗಿಡಿದು ಅಂತಃಸ್ಥಿತ ಗಾತ್ರವನ್ನು (ಇಂಟರ್‌ಸ್ಟೀಶಿಯಲ್ ವಾಲ್ಯುಮ್) ಅತಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವಂತೆ ಮಾಡಬಹುದು.

ಈ ರೀತಿಯಾದ ಘನರಚನೆಗೆ ಘನಿಕ ಅಥವಾ ಷಟ್ಕೋನೀಯ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅನುಸರಿಸಬಹುದು. ಈ ಎರಡು ವಿಧಾನದ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು.

ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯಲ್ಲಿನ ಇನ್ನೊಂದು ಮುಖ್ಯಾಂಶವೆಂದರೆ ಅದರಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣು ವ್ಯಾಸ; ಅಥವಾ ಘನವು ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಪಟಿಕವಾಗಿದ್ದರೆ ಅಯಾನ್ ವ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಪಾಲಿಂಗ್ ಎಂಬಾತನ ಅನುಭವಜನ್ಯ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಬಹುದು.

$R=\frac{C_n}{Z-S}$

ಇಲ್ಲಿ R ಅಯಾನ್ ವ್ಯಾಸ, Z ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸಿನ ಆವೇಶ ಮತ್ತು S ತೆರೆಯ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (ಸ್ಕ್ರೀನಿಂಗ್ ಕಾನ್‍ಸ್ಟೆಂಟ್), C_n, ಅನುಪಾತದ ಸ್ಥಿರಾಂಕ. ಈ ರೀತಿ ಸ್ಫಟಿಕದ ಧನ ಅಯಾನ್ ಮತ್ತು ಋಣ ಅಯಾನುಗಳ ವ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಗೊತ್ತುಮಾಡಿದರೆ ಅವುಗಳ ನಿಷ್ಪತ್ತಿಯಿಂದ ಘನದಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಅಯಾನಿನ ನೆರೆಯಲ್ಲಿರುವ ಅಯಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು (ಕೋಆರ್ಡಿನೇಷನ್ ನಂಬರ್) ಮತ್ತು ಸ್ಪಟಿಕ ಜಾಲಕ ರಚನೆ ರೂಪವನ್ನೂ ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಇದನ್ನು ಮುಂದಿನ ಯಾದಿಯಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದೆ.

ವ್ಯಾಸನಿಷ್ಪತ್ತಿ   ನೆರೆ ಅಯಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (ಕೋಆರ್ಡಿನೇಷನ್ ನಂಬರ್)      ಸ್ಫಟಿಕಜಾಲಕ ರಚನಾ ಪ್ರರೂಪ
R+/R-	  
0.73                                  8                 ಸೀಸಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಪ್ರರೂಪ (CsCl ಟೈಪ್)
0.41-0.73                             6                 ಸೋಡಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಪ್ರರೂಪ (NACl ಟೈಪ್)
0.225-0.41                            4                          ಚತುಷ್ಫಲಕೀಯ
0.155-0.225                           3                           ತ್ರಿಕೋಣೀಯ

ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಸಮರೂಪವಾಗಿದ್ದು (ಸಿಮಿಲರ್) ಒಂದೇ ವಿಧವಾದ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎರಡು ಘನಗಳಿಗೆ ಸಮಾಕೃತಿಕ (ಐಸೊಮಾರ್ಫಸ್) ಘನಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಕೆಳಗಿನ ಜೊತೆಗಳನ್ನು ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

K2SO4, Al2(SO4)3.24H2O	NiSO4(NH4)2SO4.6H2O
K2SO4, Cr2(SO4)3.24H2O	MgSO4(NH4)2SO4.6H2O
                 ZnSO4.7H2O
                 NiSO4.7H2O

ಆದರೆ ಈ ಘನಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಭಿನ್ನವಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅವುಗಳಿಗೆ ಸಮರಚನಾ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು (ಐಸೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರಲ್ ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ಸ್) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಈಗ ಸತುವಿನ ಸಲ್ಫೈಡಿನಲ್ಲಿ ನೆರೆ ಅಯಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ನಾಲ್ಕು ಆಗಿದ್ದರೂ ಅದು ಘನಿಕ ಮತ್ತು ಷಟ್ಕೋನೀಯ ಆಕೃತಿಗಳೆರಡರಲ್ಲೂ ಕಂಡು ಬರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಬಹುರೂಪತೆ (ಪಾಲಿಮಾರ್ಫಿಸಮ್) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಸಮಾಕೃತಿಕ ಧಾತುಗಳ ಅಥವಾ ಸಂಯುಕ್ತಗಳ ವಿಶೇಷ ಗುಣವೆಂದರೆ ಅವು ಸುಲಭವಾಗಿ ಘನದ್ರಾವಣಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಲ್ಲವು. ಲೋಹಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳು ಘನದ್ರಾವಣಗಳಿಗೆ ಉದಾಹರಣೆ. ಆದರೆ ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆ ಒಂದೇ ಆಗಿದ್ದು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸ್ವಭಾವ (ನೇಚರ್) ಬೇರೆಯಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಘನದ್ರಾವಣಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. NiO ಮತ್ತು CoO ಗಳ ಮಿಶ್ರಣ ಈ ಘನದ್ರಾವಣಗಳಿಗೆ ಉದಾಹರಣೆ. ಆದರೆ NaCI ಮತ್ತು KCI ನಂಥ ಸಮಾಕೃತಿಕ ಸಂಯುಕ್ತಗಳಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಅಯಾನುಗಳ ಅಳತೆಯಲ್ಲಿ ಬಹಳ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿದ್ದಲ್ಲಿ ಇವುಗಳಿಂದ ಘನ ದ್ರಾವಣಗಳು ಒಂದು ಪರಿಮಿತ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತವೆ.

ಸ್ಫಟಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆ (ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ ಹ್ಯಾಬಿಟ್) ಮತ್ತು ಸೀಳಿದ ಸಮತಲಗಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿ ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ಊಹಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಪೂರ್ಣ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಎಕ್ಸ್‌-ಕಿರಣ ನಮನದಿಂದ ಮಾಡಬಹುದು. ಕೆಲವು ವೇಳೆ ಇದರೊಂದಿಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ನಮನ ವಿಧಾನಗಳನ್ನೂ ಅನುಸರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.

ಘನಗಳಲ್ಲಿನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳು

ಘನಗಳ ಭೌತ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳನ್ನು ಅವುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಅಂತರಪರಮಾಣುಬಂಧನಗಳಿಂದ (ಇಂಟರ್ ಅಟಾಮಿಕ್ ಬಾಂಡಿಂಗ್ಸ್) ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಈ ಬಂಧನಗಳಲ್ಲಿ ಅತಿ ಮುಖ್ಯವಾದವೆಂದರೆ ಅಯಾನಿಕ್, ಸಹವೇಲೆಂಟ್, ಲೋಹ ಮತ್ತು ವಾಂಡರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಬಂಧನಗಳು. ಅಂತರಪರಮಾಣು ಬಂಧನಗಳು ಉಂಟಾಗುವುದನ್ನು ಚಿತ್ರದ ಮೂಲಕ ವಿವರಿಸಬಹುದು. ಪರಮಾಣು A ಮತ್ತು B ಗಳ ನಡುವಣ ಅಂತರ ಅನಂತವಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಅಂತರಕ್ರಿಯಾಬಲಗಳು ಶೂನ್ಯವಿದ್ದು ಈ ಅಂತರಕ್ರಿಯಾ ವಿಭವಶಕ್ತಿಯೂ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಆದರೆ ಕ್ರಮೇಣ B ಯು ಪರಮಾಣು A ಯ ಬಳಿ ಸರಿದಲ್ಲಿ ಆಕರ್ಷಕ ಅಂತರಪರಮಾಣು ಬಲಗಳುಂಟಾಗುವುದರಿಂದ AB ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ವಿಭವಶಕ್ತಿ ಕುಗ್ಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ B ಮತ್ತು A ಗಳ ನಡುವಣ ಅಂತರ ಬಹಳ ಕಡಮೆಯಾದಾಗ ಆ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೋಡಗಳಿಂದ ವಿಕರ್ಷಣ ಬಲಗಳ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೋಡಗಳು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ತಾಗಿದರೆ AB ವಿಭವ ಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಮುಂದಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ತಿಳಿಸಬಹುದು.

$V=-\frac{\alpha }{r^n}+\frac{\beta }{r^m}$ಇಲ್ಲಿ r ಎನ್ನುವುದು A ಮತ್ತು B ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಣ ಅಂತರ, α ಮತ್ತು β ಗಳು ಆಕರ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ವಿಕರ್ಷಣೆ ಶಕ್ತಿಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳು. m ಮತ್ತು n ಗಳು ಚಿಕ್ಕ ಪೂರ್ಣಾಂಕಗಳು. ಅವು AB ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿವೆ. ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿರುವಂತೆ AB ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಕನಿಷ್ಠ ವಿಭವಶಕ್ತಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುವ ಅಂತರ ಪರಮಾಣು ದೂರಕ್ಕೆ ಸಮತೋಲ ದೂರ (equilibrium distance) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಬಿಂದುವಿನ ಅಂತರದಲ್ಲಿ ಆಕರ್ಷಣ ಮತ್ತು ವಿಕರ್ಷಣ ಬಲಗಳು ಸಮವಾಗಿರುವುದರಿಂದ A ಮತ್ತು B ಪರಮಾಣುಗಳ ಮೇಲಿನ ಒಟ್ಟು ಬಲಗಳು ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ಈ ಮೇಲಿನ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ A ಧನವೈದ್ಯುತ ಧಾತುವಾಗಿದ್ದು B ಋಣವೈದ್ಯುತ ಗುಂಪಿಗೆ ಸೇರಿದ್ದರೆ A ಯಲ್ಲಿರುವ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ ಆಕರ್ಷಿಸಲ್ಪಟ್ಟು A ಧನವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಅಯಾನಾಗಿಯೂ B ಋಣ ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಅಯಾನಾಗಿಯೂ ಮಾರ್ಪಾಡಾಗುತ್ತವೆ. ಸೋಡಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಸಂಯುಕ್ತದ ಉದಾಹರಣೆಯನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಂಡರೆ ಇಲ್ಲಿ ಸೋಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕ್ಲೋರಿನ್ ಪರಮಾಣುವಿಗೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲ್ಪಟ್ಟು Na+ ಮತ್ತು CI- ಅಯಾನುಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಆಗ ಎರಡು ಅಯಾನುಗಳಲ್ಲೂ ತಲಾ ಹತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುವ ಚಿಪ್ಪುಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗಿ ಜಡಾನಿಲವಾದ ನಿಯಾನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ಸಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ:

Na(1s²2s²2p⁶3s¹) + CI(1s²2s²2p⁶3s²3p⁵) → Na+(1s²2s²2p⁶3s⁰) + CI–(1s²2s²2p⁶3s²3p⁶)

ಸೋಡಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ Na+ ಮತ್ತು Cl- ಅಯಾನುಗಳ ನಡುವೆ ಸ್ಥಿರ ವೈದ್ಯುತ ಬಲಗಳಿವೆ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಟ್ಯಾಟಿಕ್ ಫೋರ್ಸಸ್). ಇವು ಬಹು ಪ್ರಬಲ ಬಲಗಳಾದ್ದರಿಂದ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಗಡಸಾಗಿದ್ದು ಅವುಗಳ ದ್ರವನ ಬಿಂದು ಮತ್ತು ಕುದಿಬಿಂದುಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನವಾಗಿರುತ್ತವೆ.ಟೆಂಪ್ಲೇಟು:Sfn ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಧ್ರುವೀಯ ದ್ರಾವಕಗಳಲ್ಲಿ (ಪೋಲಾರ್ ಸಾಲ್ವೆಂಟ್) ಕರಗುತ್ತವೆ.ಟೆಂಪ್ಲೇಟು:Sfn ದ್ರವನ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ (ಮೋಲ್ಟನ್ ಸ್ಟೇಟ್) ಮತ್ತು ದ್ರಾವಣ ರೂಪದಲ್ಲಿದ್ದಾಗ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಾಗಿಯೂ ಇರುತ್ತವೆ.

ಮೇಲಿನ ಉದಾಹರಣೆಯಲ್ಲಿ ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವುದರ ಬದಲು A ಮತ್ತು B ಪರಮಾಣುಗಳು ತಮ್ಮ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಪರಸ್ಪರ ಹಂಚಿಕೊಂಡು ಜಡಾನಿಲವೊಂದರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಿಪ್ಪುಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದಲ್ಲಿ ಆಗ ಈ ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವೆ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಸ್ಪರ ಎರಡು ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಂಡಲ್ಲಿ ಏಕವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧವೂ, ನಾಲ್ಕು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಂಡಲ್ಲಿ ದ್ವಿವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧವೂ ಇತ್ಯಾದಿ, ಆಗುತ್ತವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಆರ್ಗ್ಯಾನಿಕ್ ಸಂಯುಕ್ತಗಳಲ್ಲಿ ಬಹು ಮಟ್ಟಿಗೆ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧಗಳಿರುತ್ತವೆ. ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧದಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಿರಕಿಗಳು (ಸ್ಪಿನ್ಸ್) ಜೊತೆಗೂಡಿರುವುವು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧಗಳು ಅತಿಶಕ್ತಿಯುತವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಉದಾರಹಣೆಗೆ, ವಜ್ರದ ಕಠಿಣತೆ ಮತ್ತು ಅಧಿಕ ದ್ರವನಬಿಂದುವಿಗೆ ಒಂದು ಕಾರಣ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧ ಇರುವುದೂ ಆಗಿರಬಹುದು ಎನ್ನಿಸುತ್ತದೆ. ವಜ್ರದಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಇಂಗಾಲ ಪರಮಾಣುವೂ ಚತುಷ್ಫಲಕೀಯವಾಗಿ ನಾಲ್ಕು ಸಮಪವರ್ತಿ ಇಂಗಾಲದ ಪರಮಾಣುವಿನ ಜೊತೆಯಲ್ಲಿ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಇಂಗಾಲದ ಪರಮಾಣುವಿನ 2s ಮತ್ತು 2p ಕಕ್ಷೆಗಳು ಮಿಶ್ರತಳಿಯಾಗಿ ಈ ಕಕ್ಷಕ ಮಿಶ್ರಣದಿಂದ ನಾಲ್ಕು ಸಮಬಲ ಕಕ್ಷಕಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಇಂಗಾಲ ಪರಮಾಣುವಿನ ನಾಲ್ಕು ಸಹವೇಲಂಟ್ ಬಂಧಗಳೂ ಸಮಬಲವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುವು. ಇದೇ ರೀತಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆರ್ಗ್ಯಾನಿಕ್ ಅಣುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಅಂತರ ಬಂಧಗಳು ಅತಿಶಕ್ತಿಯುತವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ಈ ವಸ್ತುಗಳ ಕೆಲವು ಗುಣಗಳು ಅಂದರೆ ನಿಮ್ನ ದ್ರವನಬಿಂದು ಮತ್ತು ನಿಮ್ನ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಗುಣವಿಲ್ಲದಿರುವ ದುರ್ಬಲ ಅಂತರ ಅಣುಶಕ್ತಿಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ.

ಶುದ್ಧ ಅಯಾನಿಕ್ ಮತ್ತು ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧಗಳಲ್ಲದೆ ಇವೆರಡರ ಗುಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮಧ್ಯಸ್ಥ ಬಂಧಗಳ ಉದಾಹರಣೆಗಳೂ ಉಂಟು. ಬಂಧಗಳು ಎಷ್ಟು ಮಟ್ಟಿಗೆ ಅಯಾನಿಕ್ ಅಥವಾ ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಬಂಧದ ಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪಡೆದಿವೆ ಎನ್ನುವುದನ್ನು ಪಾಲಿಂಗನ ವೈದ್ಯುತ ಋಣಮಾನಕದಿಂದ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋ ನೆಗೆಟಿವ್ ಸ್ಕೇಲ್) ಗಣಿಸಬಹುದು.

ಲೋಹ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿರುವ ಬಂಧಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥಯೇ ಬೇರೆ. ಇವುಗಳಿಗೆ ಲೋಹ ಬಂಧಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಇಲ್ಲಿ ಲೋಹದ ಜಾಲಕದಲ್ಲಿರುವ ಪರಮಾಣುಗಳ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಿ ಫರ್ಮಿ, ಬ್ಲಾಕ್, ಸೋಮರ್‌ಫಿಲ್ಡ್ ಮುಂತಾದವರು ಲೋಹಬಂಧದ ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಪಟ್ಟೆಸಿದ್ಧಾಂತದ (ಬ್ಯಾಂಡ್ ಥಿಯರಿ) ಮೂಲಕ ತಿಳಿಸಿದ್ದಾರೆ.

ಕೆಲವು ಬಾರಿ, ದುರ್ಬಲ ಸ್ಥಿರ ವೈದ್ಯುತ ಬಲಗಳಾದ ವಾಂಡರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಬಲಗಳಿಂದ ಒಂದು ಘನಾಕೃತಿಯ ರಚನೆ ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಬಲಗಳು ಘನದಲ್ಲಿನ ಅಣು ಅಥವಾ ಪರಮಾಣುಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲನೆಯಿಂದ ಕ್ಷಣಿಕವಾಗಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ದ್ವಿಧ್ರುವಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಇಂಥ ಬಲಗಳನ್ನು ಪಡೆದಿರುವ ಘನಗಳಿಗೆ ಅಣುಸ್ಫಟಿಕಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ವಾಂಡರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಬಲಗಳು ಅತಿ ದುರ್ಬಲವಾದ್ದರಿಂದ ಜಡಾನಿಲ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನೂ (ಇನರ್ಟ್ ಗ್ಯಾಸ್ ಕ್ರಿಸ್ಟಲ್ಸ್), ಹಲವಾರು ಆರ್ಗ್ಯಾನಿಕ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನೂ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

ಘನಗಳಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಚನೆ

ಘನವಸ್ತುಗಳ ಭೌತ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬೇಕಾದರೆ ಅವುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬಂಧಶಕ್ತಿಗಳ ಮೂಲವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುವುದು ಅಗತ್ಯ. ನಾವು ಮಂಡಿಸುವ ಘನಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ಅತಿರೇಕ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕ ಶಕ್ತಿಗಳನ್ನು ಪಡೆದಿರುವ ಲೋಹಗಳ ಮತ್ತು ರೋಧಿಗಳ (ಇನ್ಸುಲೇಟರ್ಸ್) ಇರುವಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಇರಬೇಕು. ಪರಮಾಣುಗಳ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ ಪರಮಾಣುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳು ಕ್ವಾಂಟೀಕೃತವಾಗಿದ್ದು ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಗೂ ನಾಲ್ಕು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂಖ್ಯೆಗಳಿರುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳಿಗೆ ಪ್ರಧಾನ, ಅಜಿ಼ಮತಲ್, ಕಾಂತ ಮತ್ತು ಗಿರಕಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂಖ್ಯೆಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿ ಅಂದರೆ s, p, d ಮತ್ತು f ಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಚನೆಯನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಲು ಪಾಲೀ ಎಂಬಾತನ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ತ್ವ (ಪಾಲೀಸ್ ಎಕ್ಸ್‌ಕ್ಲೂಷನ್ ಪ್ರಿನ್ಸಿಪಲ್) ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ತತ್ತ್ವದ ಪ್ರಕಾರ ಒಂದೇ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿರುವ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಎಲ್ಲ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂಖ್ಯೆಗಳೂ ಸಮವಾಗಿರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.

ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲೋಹ ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸಿನಿಂದ ಬಹು ದೂರದಲ್ಲಿರುವುದರಿಂದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸಿನ ಆಕರ್ಷಣೆ ತಪ್ಪಿ ಅವು ಮುಕ್ತ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿವೆ ಎನ್ನಬೇಕು. ಈ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಡ್ರೂಡ್, ಲೊರೆಂಟ್ಜ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಲೋಹಗಳ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನಿಲ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಮಂಡಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ಲೋಹದಲ್ಲಿನ ಎಲ್ಲ ಪರಮಾಣುಗಳ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳೂ ಮುಕ್ತ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿದ್ದು ಲೋಹಜಾಲಕದಲ್ಲಿ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಓಡಾಡುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಪಡೆದಿದ್ದು, ಲೋಹದ ಧನ ಅಯಾನುಗಳು ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಗರದಲ್ಲಿನ ದ್ವೀಪಗಳಂತೆ ತೋರುತ್ತವೆಂದು ತಿಳಿದುಬರುತ್ತದೆ. ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಲೋಹ ಘನಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಮತ್ತು ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿ ಹೀರುವಿಕೆಗಳನ್ನು ಸಮಾಧಾನಕರವಾಗಿ ವಿವರಿಸಿದರೂ, ಅದಕ್ಕೆ ಘನಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣ (ಸ್ಪೆಸಿಫಿಕ್ ಹೀಟ್), ಕಾಂತ ಗ್ರಾಹಕತ್ವ (ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ಸಸೆಪ್ಟಿಬಿಲಿಟಿ) ಮತ್ತು ರೋಧಕಗಳನ್ನು (ಇನ್ಸುಲೇಟರ್ ಪ್ರಾಪರ್ಟೀಸ್) ವಿವರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಮತ್ತು ಪಾಲಿ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ತ್ವಗಳನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಿಕೊಂಡು ಫರ್ಮಿ ಮುಂತಾದವರು ಘನಗಳ ಪಟ್ಟೆಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಮಂಡಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ ಲೋಹದ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿರುವ s, p, d, f ಕಕ್ಷಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಅಧಿವ್ಯಾಪಿಸಿ (ಓವರ್‌ಲ್ಯಾಪ್) s, p, d, f ಪಟ್ಟೆಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತನೆ ಹೊಂದುತ್ತವೆ.

ಈ ಪಟ್ಟೆಗಳಲ್ಲಿ ಪಾಲೀ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ತ್ವಕ್ಕೆ ಅನುಸಾರವಾಗಿ s ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ 2, p ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ 6, d ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ 10, ಮತ್ತು f ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ 14 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷಕಗಳಿಂದ ಘನದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಪಟ್ಟೆಗಳು ಉಂಟಾಗುವುದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಈ ಪಟ್ಟೆಗಳ ಅಗಲ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷಗಳು ಎಷ್ಟರಮಟ್ಟಿಗೆ ಪರಸ್ಪರ ಅಧಿವ್ಯಾಪಿತವಾಗುತ್ತವೆಂಬುದರ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಈ ಅಧಿವ್ಯಾಪನೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ನಿಮ್ನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದ್ದು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಘನದ ಶಕ್ತಿ ಪಟ್ಟೆಗಳನ್ನು ಬ್ರಿಲಾಯಿನ ವಲಯಗಳೆಂದೂ ಕರೆಯುವುದುಂಟು. ಘನವಸ್ತುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿ ಇರುವ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಂದ ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿ ಯಾವುದೋ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟಮಟ್ಟದ ಅಂದರೆ ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದವರೆಗಿರುವ (ಇದು ಒಂದು ಉಷ್ಣಬಲವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಪರಿಮಾಣವಾಗಿದ್ದು ಇದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ μ ಅಥವಾ E_F ಎಂದು ಸೂಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ) ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟವೊಂದಕ್ಕೆ ಗಿರಕಿಗಳು ಜೊತೆಯಾಗಿರುವ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಂತೆ ತುಂಬಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಉಷ್ಣತೆಯ ನಿರಪೇಕ್ಷ ಶೂನ್ಯದಲ್ಲಿ (0^o K) ಕೆಳಗಿನ ಮಟ್ಟಗಳು ಭರ್ತಿಯಾಗಿಯೂ ಮೇಲಿನ ಮಟ್ಟಗಳು ಖಾಲಿಯಾಗಿಯೂ ಇರುವುವು.

ಶೂನ್ಯವಲ್ಲದ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ (T ≠ 0) ಉಷ್ಣೀಯ ಏರಿಳಿತಗಳಿಂದ ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದ ಕೆಳಗಿನ ಕೆಲವು ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದ ಮೇಲಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಹೋಗಬಹುದು. ಘನವಸ್ತುವಿನ ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟ ಶಕ್ತಿಪಟ್ಟೆಯೊಂದರ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿದ್ದರೆ ಅಥವಾ ಶಕ್ತಿಪಟ್ಟೆಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಅಧಿವ್ಯಾಪಿತವಾಗಿದ್ದರೆ ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದ ಮೇಲೆ ಹೋದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿಗೆ ಅವಿಚ್ಛಿನ್ನವಾದ ಅಸಂಖ್ಯಾತ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಲಭಿಸಿ ಅವು ಹೆಚ್ಚು ಕಡಿಮೆ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಾಗುತ್ತವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದ ಬಳಿಯಲ್ಲಿಯೇ ಇದ್ದು ಘನದ ಗುಣಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಪೂರ್ಣ ಅಥವಾ ಅಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿರುತ್ತವೆ. ಇದರಿಂದ ಘನ ಅವಾಹಕವೋ, ಅರೆವಾಹಕವೋ ಅಥವಾ ಲೋಹವೋ ಎಂಬುದನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು. ಘನದ ಎಲ್ಲ ಪಟ್ಟಿಗಳೂ ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅದು ಅವಾಹಕವಾಗುತ್ತದೆ. ಆಗ ಈ ಘನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ಹರಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವ ದಿಶೆಯಲ್ಲೂ ಚಲಿಸುವುದರಿಂದ ಮೊತ್ತದಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಅದರಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಲೋಹಘನಗಳಲ್ಲಿ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆ ಅಪೂರ್ಣವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಇನ್ನು ಕೆಲವು ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆ ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿದ್ದರೂ ಅದರ ಮೇಲಿನ ಖಾಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಪಟ್ಟೆ ಅಧಿವ್ಯಾಪಿತವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವಕ್ಕೆ ಅವಕಾಶವಿದೆ.

ಅರೆವಾಹಕದ ಪಟ್ಟೆಯ ರಚನೆ.

ಅರೆವಾಹಕಗಳ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ ಕೇವಲ ಕೆಲವೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಅತಿ ಕ್ಷೀಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇವುಗಳ ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು. ಎರಡು ಪಟ್ಟೆಗಳ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿ ತೆರಪುಗಳು (ಎನರ್ಜಿ ಗ್ಯಾಪ್ಸ್) ಇರುವುದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ಕಾಣಬಹುದು. ಈ ಶಕ್ತಿ ತೆರಪುಗಳು ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ಕಿರಿದಾಗಿದ್ದು ಅವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಹಲವಾರು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟುಗಳಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ. ಅವಾಹಕಗಳ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಾಗ ಅವುಗಳಲ್ಲಿನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಈ ಶಕ್ತಿ ತೆರಪುಗಳನ್ನು ಹಾಯ್ದು ಅವುಗಳ ಮೇಲಿರುವ ಶೂನ್ಯಪಟ್ಟೆಗೆ (ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆ) ಲಂಘಿಸಬಲ್ಲವು. ಆಗ ಅವಾಹಕ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕವಾಗಿ ಮಾರ್ಪಾಡಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಆವರ್ತ ಕೋಷ್ಟಕದಲ್ಲಿ ಲೋಹದ ಗುಂಪುಗಳ ಗುಣವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಪಟ್ಟೆ ರಚನೆಗಳಿಂದ ವಿವರಿಸಬಹುದು.

ಕ್ಷಾರಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪರಮಾಣುವಿಗೂ ಒಂದೇ ಒಂದು s ಕಕ್ಷಕ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇರುವುದರಿಂದ ವಿಶಾಲವಾಗಿರುವ s ಶಕ್ತಿ ಪಟ್ಟೆ ಅರ್ಧದ ಮಟ್ಟಿಗೆ ತುಂಬುತ್ತದೆ. ಕ್ಷಾರಭಸ್ಮ ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ (ಆಲ್ಕಲೈನ್ ಅರ್ತ್ ಮೆಟಲ್ಸ್) ಎರಡು s ಕಕ್ಷಕ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿದ್ದು ಘನದಲ್ಲಿ s ಶಕ್ತಿಪಟ್ಟೆಯು ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಈ ಲೋಹಗಳು ಅವಾಹಕಗಳಾಗಬೇಕು. ಆದರೆ ಪಟ್ಟೆಯ ಮೇಲಿರುವ ಶೂನ್ಯ p ಮತ್ತು d ಪಟ್ಟೆಗಳು ಈ ಪಟ್ಟೆಯನ್ನು ಅಧಿವ್ಯಾಪಿಸಿರುವುದರಿಂದ ಈ ಲೋಹಗಳು ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಏಕವೇಲೆನ್ಸೀಯ ತಾಮ್ರ, ಬೆಳ್ಳಿ ಮತ್ತು ಚಿನ್ನಗಳಲ್ಲಿ d ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪಟ್ಟೆಗಳು ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿದ್ದು ಅವು ಒಂದೇ ಒಂದು s ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇರುವ s ಪಟ್ಟೆಯನ್ನು ಅಧಿವ್ಯಾಪಿಸಿರುವುದರಿಂದ d ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಕಾರ್ಯದಲ್ಲಿ ಭಾಗವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಸಂಕ್ರಮಣ ಧಾತುಗಳಲ್ಲಿ (ಟ್ರಾನ್ಸಿಷನ್ ಎಲಿಮೆಂಟ್ಸ್) ಪಟ್ಟೆಗಳು ಅಪೂರ್ಣವಾಗಿದ್ದ ಮೇಲಿರುವ ಶೂನ್ಯ s ಪಟ್ಟೆಗಳಿಗೆ ಅಧಿವ್ಯಾಪಿತವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಇಂಥ ರಚನೆಯಿಂದ ಈ ಲೋಹಗಳಿಗೆ ಕಾಂತತ್ವ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ.

ಘನಗಳಲ್ಲಿರುವ ದೋಷಗಳು

ಘನಗಳ ಕುತೂಹಲಜನಕ ಗುಣಗಳು ಅವುಗಳಲ್ಲಿರುವ ದೋಷಗಳ ದೆಸೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಂದು ಆದರ್ಶ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಕೂಡ ಸುಮಾರು 106 ದೋಷಗಳಿವೆಯೆಂದು ಅಂದಾಜು ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. ಈ ದೋಷಗಳು 0⁰ K ಮೇಲಿನ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಉಷ್ಣೀಯ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅವನ್ನು ಮೂಲದೋಷಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ವಿಕಿರಣನ (ಇರ‍್ರೇಡಿಯೇಷನ್) ಮಾಡಿದಾಗ ಇಲ್ಲವೆ ಅಶುದ್ಧತೆಗಳನ್ನು ಬೇಕೆಂದೇ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಬೆರೆಸಿದಾಗ ಈ ದೋಷಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗಬಹುದು.

ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಓಡಾಡುವ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನೂ, ಅವುಗಳಿಂದ ಉಂಟಾದ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನೂ ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತಾರೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಂದು ಆದರ್ಶ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ 0⁰ K ಉಷ್ಣತಾಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳೂ ಅತಿ ಕೆಳಗಿನ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಇರಬೇಕೆಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತೇವೆ. ಆದರೆ ಉಷ್ಣತೆ 0⁰ K ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಅದರ ಮೇಲಿನ ಶೂನ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಗೆ ಲಂಘಿಸಿ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕವಾಗುವಂತೆ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ. ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಿಂದ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸ್ಥಾನಗಳಿಗೆ ರಂಧ್ರಗಳು ಎಂದು ಹೆಸರು. ಇಂಥ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್‌ನ್ನು ಹರಿಸಿದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿರುವ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿಯುವ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಿ ರಂಧ್ರಗಳು ವಿರುದ್ಧ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಹರಿಯುವಂತೆ ಭಾಸವಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ರಂಧ್ರಗಳು ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಪಡೆದಿವೆ ಎಂದು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣು ದೋಷಗಳೂ ಸೇರಿಕೊಂಡಿವೆ. ಪರಮಾಣು ದೋಷಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾದುವೆಂದರೆ ಬಿಂದು ದೋಷಗಳು (point defects), ರೇಖಾದೋಷಗಳು (linear defects) ಮತ್ತು ಸಮತಲದೋಷಗಳು (planar defects). ಬಿಂದು ದೋಷಗಳಲ್ಲಿ ಫ್ರೆಂಕಲ್ ಮತ್ತು ಷಾಟ್ಕಿ ದೋಷಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಬಹುದು. ಸ್ಫಟಿಕದೊಳಗೆ ಕ್ರಮಬದ್ಧ ರಚನೆಯಲ್ಲಿರುವ ಪರಮಾಣು ಸಮೂಹದಿಂದ ಯಾವುದಾದರೂ ಒಂದು ಪರಮಾಣು ಸ್ವಸ್ಥಾನದಿಂದ ಪಲ್ಲಟಹೊಂದಿ ಪರಮಾಣು ಸಾಲುಗಳ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ಬಂದು ನಿಂತರೆ ಅದಕ್ಕೆ ಫ್ರೆಂಕಲ್ ದೋಷವೆಂದು ಹೆಸರು. ಆದರೆ ಅದು ಸ್ಫಟಿಕದ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಬಂದಲ್ಲಿ ಆಗ ಷಾಟ್ಕಿ ದೋಷ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಫಟಿಕವೊಂದರಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸೋಡಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಸೋಡಿಯಮ್ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದಿದರೆ ಅದರ ಸ್ಥಾನ ಋಣ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ. ಈ ಸ್ಥಿತಿ ಕ್ಲೋರೈಡಿಗೆ ಉಂಟಾದರೆ ಅದರ ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿ ಧನುವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ.

ರೇಖಾದೋಷಗಳನ್ನು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳೆಂದು (ಡಿಸ್‌ಲೊಕೇಶನ್ಸ್) ಕರೆಯಬಹುದು. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಯಾನುಗಳ ಸಮತಲಗಳು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದಿದಾಗ ಈ ದೋಷಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಅಂಚಿನಲ್ಲಿದ್ದರೆ ಅದನ್ನು ಟೇಲರ್-ಆರೋವಾನ್ ಅಥವಾ ಅಂಚು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ (edge dislocation) ಎಂದೂ ಅದು ಒಂದು ತಿರುಪಿನ ರೂಪದಲ್ಲಿದ್ದರೆ ಅದನ್ನು ಬರ್ಜರ್ ಅಥವಾ ತಿರುಪು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟವೆಂದೂ (screw dislocation) ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಈ ದೋಷಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದೆ. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಸಮತಲ ದೋಷಗಳಿದ್ದಲ್ಲಿ ಆಗ ಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಮೇಲ್ಮೈ ತರಿತರಿಯಾಗಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಅಥವಾ ಮಚ್ಚೆ ಅಂಚುಗಳಿಂದ ಕೂಡಿರುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು.

ಅಂಚು ಮತ್ತು ತಿರುಪು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳು.

ಫ್ರೆಂಕಲ್ ಮತ್ತು ಷಾಟ್ಕಿ ದೋಷಗಳು ಉಂಟಾದಾಗ ಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದಿದ ಋಣ ಅಯಾನಿನ ಸ್ಥಾನಗಳು ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಪಡೆದಿರುವುದರಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಚಲಿಸುವಾಗ ಈ ಸ್ಥಾನಗಳ ಆಕರ್ಷಣೆಗೆ ಒಳಪಟ್ಟು ಬಂಧಿಸಲ್ಪಡುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಉಂಟು. ಹೈಡ್ರೋಜನಿನ ಪರಮಾಣುವಿಗೆ ಸಮವಾಗಿರುವ ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ ಅಥವಾ F ಕೇಂದ್ರವೆಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಕೇಂದ್ರಗಳ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕ ವರ್ಣಮಯವಾಗುವುದುಂಟು.

ಒಂದು ವೇಳೆ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಒಟ್ಟಿಗೆ ಒಂದು ಋಣ ಅಯಾನಿನ ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ F* ಕೇಂದ್ರ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಇದೇ ರೀತಿ ಧನವಿದ್ಯುದಾವೇಶವಿಷ್ಟ ರಂಧ್ರಗಳು ಧನ ಅಯಾನಿನ ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಾಗ V ಕೇಂದ್ರಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳ ಉತ್ಪತ್ತಿಯ ಸಾರಾಂಶವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗೆ ಕೊಟ್ಟಿದೆ:

• V1 ಕೇಂದ್ರ: ಧನ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನಕ್ಕೆ ಒಂದು ರಂಧ್ರ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುದು.
• V3 ಕೇಂದ್ರ: ಒಂದು ಜೊತೆ ಧನ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನಗಳಿಗೆ ಒಂದು ರಂಧ್ರ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುದು.
• V2 ಕೇಂದ್ರ: ಒಂದು ಜೊತೆ ಧನ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನಗಳಿಗೆ ಒಂದು ಜೊತೆ ರಂಧ್ರಗಳು ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುವು.
• V4 ಕೇಂದ್ರ: ಒಂದು ರಂಧ್ರ ಎರಡು ಧನ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನಗಳು ಮತ್ತು ಒಂದು ಋಣ ಅಯಾನ್ ಸ್ಥಾನವಿರುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುದು.

ಈ ಕೇಂದ್ರಗಳ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಮಾಡಲು ರೋಹಿತಮಾಪಿಯನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಬೇಕು. ಅದರಿಂದ ಕಂಡು ಹಿಡಿಯಲ್ಪಟ್ಟ F ಮತ್ತು F’ ಪಟ್ಟೆಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು. ಈ ಪಟ್ಟೆಯು ಪ್ರಯೋಗಶಾಲೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಭದ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. F’ ಕೇಂದ್ರಗಳು F ಕೇಂದ್ರಗಳಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವುದರಿಂದ ಇವು ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ ಭದ್ರವಾಗಿದ್ದು ಪ್ರಯೋಗ ಶಾಲೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಯೊಂದು F’ ಕೇಂದ್ರ ಎರಡು F ಕೇಂದ್ರಗಳಾಗಿ ಮಾರ್ಪಾಡಾಗುತ್ತವೆ. ಪೊಟ್ಯಾಸಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಉದಾಹರಣೆ ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ತೋರಿಸಬಹುದು.

ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ F ಕೇಂದ್ರಗಳನ್ನು ಉತ್ಪತ್ತಿಮಾಡಲು ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಅಯಾನೀಕರಿಸುವ ವಿಕಿರಣಗಳಿಂದ (ಅಯನೈಸಿಂಗ್ ರೇಡಿಯೇಷನ್ಸ್) ವಿಕಿರಣನ ಮಾಡಬೇಕು; ಇಲ್ಲವೇ ಕ್ಷಾರಲೋಹ ಹ್ಯಾಲೈಡುಗಳಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಆ ಕ್ಷಾರಲೋಹದ ಆವಿಯಲ್ಲಿ ಕಾಯಿಸಬೇಕು. ಇವರೆಡು ವಿಧಾನಗಳಿಂದಲೂ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಉಂಟಾಗಿ F ಕೇಂದ್ರಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಎಷ್ಟೋ ಬಾರಿ ಹೊರಗಿನ ಅಶುದ್ಧತೆಯ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಬೆರೆಸುವುದರಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳು ಉತ್ಪತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸ್ಪಟಿಕಕ್ಕೆ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಮ್ ಲೋಹವನ್ನು ಬೆರೆಸಿದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನಿನಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿದ್ದು, ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿ ಮೂರು ಮಾತ್ರವೇ ಇರುವುದರಿಂದ ಈ ನಾಲ್ಕನೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಋಣ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ತಟಸ್ಥಗೊಳಿಸಲು ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಒಂದು ರಂಧ್ರ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಗಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಒಂದು ವೇಳೆ ಐದು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುವ ಫಾಸ್ಫರಸನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಬೆರೆಸಿದಲ್ಲಿ ಈ ಐದನೆಯ ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಫಾಸ್ಫರಸಿನ ಪರಮಾಣುವಿಗೆ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಬರುವಂತೆ ಮಾಡಿ ಮುಕ್ತ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರೂಪದಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಲಾರಂಭಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ಮೇಲಿನ ದೋಷಗಳ ಜೊತೆಗೆ ಫೋನಾನ್ ಮತ್ತು ಎಕ್ಸೈಟಾನುಗಳನ್ನು ಅಪೂರ್ಣತೆ ಅಥವಾ ದೋಷಗಳೆಂದೇ ತಿಳಿಯಬೇಕು. ಫೋನಾನ್ ಎನ್ನುವುದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ನಿಯಮಗಳಿಗೆ ಒಳಪಟ್ಟಿರುವ ಜಾಲಕ ಕಂಪನ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಂತೆಯೇ ಜಾಲಕ ಕಂಪನಗಳು ಕೂಡ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ನಿಯಮಗಳಿಗೆ ಒಳಪಟ್ಟು ಕಂಪನ ಶಕ್ತಿ ಅವಿಚ್ಛಿನ್ನವಲ್ಲದ ಮೌಲ್ಯಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಬದಲಾವಣೆಯಾಗುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಘನದ ಫೋನಾನುಗಳು ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣ ಮತ್ತು ಇತರ ಭೌತ ರಾಸಾಯನಿಕ ವಿಚಾರಗಳನ್ನು ಗೊತ್ತುಮಾಡಲು ಸಹಾಯಮಾಡುತ್ತವೆ. ಎಕ್ಸೈಟಾನುಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಉದ್ರೇಕ ಸ್ಥಿತಿಯೆಂದು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಸಹವೇಲೆಂಟ್ ಅಥವಾ ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಎಕ್ಸೈಟಾನ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಸಡಿಲವಾಗಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವ ಒಂದು ರಚನೆಗೆ ಸಮವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಉದ್ರೇಕ ಸ್ಥಿತಿಗೂ ಹೋಲಿಸಬಹುದು. ಅಂದರೆ ಇಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇನ್ನೂ ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಎಕ್ಸೈಟಾನುಗಳ ಚಲನೆ ರಂಧ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜೋಡಿಯ ವಿಸರಣದಿಂದಾಗಲಿ (ಡಿಪ್ಯೂಶನ್), ಅಣು ಉದ್ರಿಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬೇರೊಂದು ಅಣುವಿಗೆ ವರ್ಗಾವಣೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದಾಗಲಿ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ.

ಅಯಾನಿಕ್ ಸ್ಪಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಮಂದವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿಂದ ಸ್ಥಳೀಯ ಧ್ರುವೀಭವನ ಉಂಟಾಗಬಹುದು. ಇದರಿಂದ ಉಂಟಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ - ಫೋನಾನ್ ಜೋಡಿಗೆ ಪೋಲರಾನ್ ಎಂದು ಕರೆಯುವುದುಂಟು. ಅಣು ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಎರಡು ಉದ್ರಿಕ್ತ ಅಣುಗಳು ಅಂತರಕ್ರಿಯೆಗೊಂಡಾಗ ಪರಮಾಣು ಸ್ಥಾನಗಳ ತಾತ್ಕಾಲಿಕ ಮರುಜೋಡಣೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳ ಬದಲಾವಣೆ ಆಗಬಹುದು. ಈ ಘಟನೆಗೆ ಎಕ್ಸೈಮರ್ ಎಂದು ಹೆಸರು.

ಘನದಲ್ಲಿನ ದೋಷ ಅಥವಾ ಅಪೂರ್ಣತೆಗಳಿಗೂ, ಭೌತ ಗುಣಗಳಿಗೂ ಇರುವ ಸಂಬಂಧ

ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿರುವ ದೋಷ ಅಥವಾ ಅಪೂರ್ಣತೆಗಳು ಅದರ ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದರಿಂದ ಅವುಗಳಿಗೂ, ಘನದ ಭೌತ ಗುಣಗಳಿಗೂ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಉಂಟು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾದವೆಂದರೆ ವೈದ್ಯುತ, ದ್ಯುತೀಯ, ಕಾಂತೀಯ, ಉಷ್ಣೀಯ ಮತ್ತು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಗಳು. ಘನಗಳ ವೈದ್ಯುತ ಗುಣಗಳನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಂಡಲ್ಲಿ ಲೋಹಗಳಿಗೂ, ಅತಿವಾಹಕಗಳಿಗೂ, ಅವಾಹಕಗಳಿಗೂ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಮೌಲ್ಯದಲ್ಲಿ ಬಹಳ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಉಂಟು. ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತಾಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ 10⁸/ohm-cm ಇದ್ದಲ್ಲಿ, ಅವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಇದು 10^-22/ohm-cm ನಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು σ=Nqμ ಎಂಬ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ಸೂಚಿಸಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ N ಮುಕ್ತ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಾರತೆ, q ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಮತ್ತು μ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕದ ಚಲನಶೀಲತೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ಒಯ್ಯುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ಕೆಲವು ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಕಾರ್ಯ ಅಯಾನುಗಳಿಂದಲೇ ನಡೆಯುತ್ತದೆ. ಅಯಾನುಗಳ ಚಲನೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದಲ್ಲಿ ಅತಿಕಡಿಮೆ. ಆದರೆ ಕೆಲವು ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಾರವೇ ಕಡಿಮೆಯಿರುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಉಂಟು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಕ್ಷಾರಲೋಹದ ಹ್ಯಾಲೈಡುಗಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದರೆ ಅಲ್ಲಿ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಾರಕ್ಕಿಂತ ಅತಿ ಹೆಚ್ಚಿರುವುದರಿಂದ ಅಯಾನಿಕ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಸಾಧಾರಣ ಉಷ್ೞತೆಯಲ್ಲಿ ಲೋಹಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಅವುಗಳಲ್ಲಿನ ಅಶುದ್ಧತೆ ಅಥವಾ ಜಾಲಕದೋಷಗಳ ಮೇಲೆ ಅಷ್ಟಾಗಿ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಈ ಜಾಲಕ ಕಂಪನಗಳು ಸ್ಫಟಿಕದ ಉಷ್ೞತೆಯ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದರಿಂದ ಉಷ್ಣತೆ ಕಡಿಮೆಯಾದರೆ ಅವೂ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿ 0⁰ K ಯಲ್ಲಿ ಶೂನ್ಯವಾಗುತ್ತವೆಂದು ಭಾವಿಸಬಹುದು. ಆಗ ಘನದಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಅಡಚಣೆ (ρ = 1/σ) ಶೂನ್ಯವಾಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಅನಂತವಾಗಬೇಕು. ಇದು ಪ್ರಾಯಶಃ ಶುದ್ಧ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಸಾಧ್ಯ. ಅಂದರೆ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ, ಅಶುದ್ಧತೆ ಅಥವಾ ಸ್ಫಟಿಕದೋಷಗಳಿದ್ದರೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಅಡಚಣೆ (ρ) ಶೂನ್ಯವಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದೋಷಗಳಿಲ್ಲದಿರುವ ಸ್ಫಟಿಕಗಳೇ ಇಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಗುಣವನ್ನು ಗುರುತಿಸುವುದು ಅಷ್ಟು ಸುಲಭವಲ್ಲ. ಘನಗಳಲ್ಲಿ ಅಶುದ್ಧತೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆಲ್ಲ ವಿದ್ಯುತ್ ಅಡಚಣೆಯೂ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ಇದನ್ನು ತೋರಿಸಬಹುದು.

ಅರೆವಾಹಕಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವವನ್ನು ಅವುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಅಶುದ್ಧತೆಗಳು ಮತ್ತು ಜಾಲಕ ದೋಷಗಳ ಸಾರತೆಯಿಂದ ಗಣಿಸಬಹುದು. ಇವುಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಕೆಲವು ಉಷ್ಣತೆಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅತಿಯಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ಹಿಂದೆ ತಿಳಿಸಿದಂತೆ ಆವರ್ತ ಕೋಷ್ಟದಲ್ಲಿನ ನಾಲ್ಕನೆಯ ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿರುವ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮುಂತಾದ ಧಾತುಗಳಿಗೆ 3ನೆಯ ಗುಂಪಿನ ಅಲ್ಯುಮಿನಿಯಮನ್ನು ಅಶುದ್ಧತೆಯಾಗಿ ಬೆರೆಸಿದರೆ ಇದರಲ್ಲಿ ಒಂದು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಪರಿಗ್ರಾಹಿ ಪರಮಾಣುವಾಗಿಯೂ (ಆಕ್ಸೆಪ್ಟರ್ ಆಟಮ್) 5ನೆಯ ಗುಂಪಿನ ಫಾಸ್ಫರಸನ್ನು ಬೆರೆಸಿದರೆ ಅದು ದಾನಿಯಾಗಿಯೂ (ಡೋನರ್) ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ದಾನಿ ಮತ್ತು ಪರಿಗ್ರಾಹಿ ವಸ್ತುಗಳ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳು ಘನದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆ ಮತ್ತು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿನ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿರುವ ಬಹಿಷ್ಕೃತ ಪ್ರದೇಶ ಅಥವಾ ಶಕ್ತಿ ತೆರಪಿನಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ. ಇದನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಬಹುದು. ಒಂದು ವೇಳೆ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ದಾನಿ ಮತ್ತು ಪರಿಗ್ರಾಹಿ ಗುಣಗಳಿರುವ ಎರಡು ಅಶುದ್ಧತೆಗಳೂ ಇದ್ದಲ್ಲಿ ದಾನಿಯ ಸಾರ [D] ಇದ್ದು ಪರಿಗ್ರಾಹಿಯ ಸಾರ [A] ಇದ್ದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ವಾಹಕಗಳು {[D] - [A]} ಗೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತವೆ. ದಾನಿಯ ಸಾರ ಪರಿಗ್ರಾಹಿಯ ಸಾರಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದಲ್ಲಿ ಅದನ್ನು ಋಣ ಪ್ರರೂಪದ ಅರೆವಾಹಕವೆಂದೂ (n-ಟೈಪ್), ಪರಿಗ್ರಾಹಿಯ ಸಾರ ಹೆಚ್ಚಿದಲ್ಲಿ ಅದನ್ನು ಧನ ಪ್ರರೂಪದ ಅರೆವಾಹಕವೆಂದೂ (p-ಟೈಪ್) ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

ಅರೆವಾಹಕದ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ವೇಲನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಗೆ ಲಂಘಿಸುತ್ತವೆ. ಆಗ ವೇಲನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ ಅಷ್ಟೇ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಉಷ್ಣತೆ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆಲ್ಲ ಹೆಚ್ಚುತ್ತವೆ. ಈ ರೀತಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು) ದಾನಿ ಅಥವಾ ಪರಿಗ್ರಾಹಿಗಳ ಸಾರತೆಗೆ ಮೀರಿದಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಬಹುಮಟ್ಟಿಗೆ ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳೇ ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ರೀತಿ ಆಗುವ ಉಷ್ಣತೆಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಗೆ ಆಂತರಿಕ ವ್ಯಾಪ್ತಿ (ಇನ್‌ಟ್ರಿನ್ಸಿಕ್ ರೇಂಜ್) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಅತಿ ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ ಈ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಅತಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದ್ದು {[D] - [A]} ಯ ಒಂದು ಚಿಕ್ಕ ಭಾಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಕೆಲವು ಮಧ್ಯ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ ಈ ವಾಹಕಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದು {[D] - [A]} ಗೆ ಸಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಉಷ್ಣತಾ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಬಾಹ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿ (ಎಕ್ಸ್‌ಟ್ರಿನ್ಸಿಕ್ ರೇಂಜ್) ಎಂದು ಹೆಸರು.

ಅಣು ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಅತಿ ಕ್ಷೀಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಏಕೆಂದರೆ ಇಲ್ಲಿ ವಾಹಕಗಳ ಸಾರತೆ ಮತ್ತು ಚಲನೆ ಬಹಳ ಕಡಿಮೆಯಿರುವುದು. ಆಂಥ್ರಸೀನ್ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಂಡರೆ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಕಾರ್ಯವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ಅಣುವಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಶಕ್ತಿ ತಡೆಯ ಮೂಲಕ ಕುಪ್ಪಳಿಸುವುದರಿಂದ ನಡೆಯುತ್ತದೆ. ಇದೇ ರೀತಿ ಧನ ಅಯಾನುಗಳ ಎರಡು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಸಂಕ್ರಮಣ ಧಾತುಗಳ ಆಕ್ಸೈಡುಗಳಲ್ಲಿಯೂ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಕಾರ್ಯವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ಅಯಾನಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಕುಪ್ಪಳಿಸುವುದರ ಮೂಲಕ ನಡೆಯುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಆರೋಮ್ಯಾಟಿಕ್ ಅಣುಗಳಲ್ಲಿ π ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಾಗಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಧ್ರುವೀಕರಣಗೊಂಡ ಪರಾವೈದ್ಯುತ ವಸ್ತು

ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಾಗಿರುವ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಲೋಹದ ವೇಲನ್ಸಿ ಮೂಲಕ ಸುಲಭವಾಗಿ ಗಣಿಸಬಹುದು. ಆದರೆ ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಗಣನೆ ಅಷ್ಟು ಸುಲಭವಲ್ಲ. ಆಗ ಒಂದು ವಿಧಾನವೆಂದರೆ ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಪರಿಗ್ರಾಹಿ ಮತ್ತು ದಾನಿಯ ಸಾರಗಳನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯುವುದು. ಇನ್ನೊಂದು ಅನುಕೂಲವಾದ ಮತ್ತು ಖಚಿತವಾದ ವಿಧಾನವೆಂದರೆ ಸ್ಫಟಿಕದ ಹಾಲ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು (ಹಾಲ್ ಎಫೆಕ್ಟ್) ಅಳೆಯುವುದು. ಅವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಅಯಾನ್ ಅಥವಾ ಪರಮಾಣುಗಳಿಗೆ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳ ಕೊರತೆಯಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಅವಾಹಕಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಶೂನ್ಯವೆನ್ನಬಹುದು. ಇವನ್ನು ಪರಾವೈದ್ಯುತಗಳೆಂದೂ (ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ಸ್) ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಅವಾಹಕಗಳನ್ನು ಒಂದು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿರಿಸಿದರೆ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟ್ಟೆಗಳಿಗೂ ಅವಾಹಕ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿರುವ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸ್ಥಾನಗಳು ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದುತ್ತವೆ. ಈ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟದ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ದ್ವಿಧ್ರುವಗಳು (ಡೈಪೋಲ್ಸ್) ಹುಟ್ಟಿಕೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ ಈ ಕಾರ್ಯಕ್ಕೆ ಧ್ರುವೀಕರಣವೆಂದು (ಪೋಲರೈಸೇಷನ್) ಹೆಸರು. ಇದನ್ನು ಪಕ್ಕದ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದೆ. ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ದ್ವಿಧ್ರುವದ ಭ್ರಮಣಾಂಕ μ ಎಂದಿದ್ದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು F ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ಶಕ್ತಿಯಾದಲ್ಲಿ μ = αF. ಇಲ್ಲಿ α ಅವಾಹಕದ ಒಂದು ಸ್ಥಿರಾಂಕ. ಇದಕ್ಕೆ ಧ್ರುವೀಕರಣಶೀಲತೆಯೆಂದು ಹೆಸರು.

ಈ ಸಮೀಕರಣ ವಿದ್ಯುತ್ ದ್ವಿಧ್ರುವದ ಭ್ರಮಣಾಂಕ ಕ್ಷೇತ್ರಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿದೆಯಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಕೆಲವು ವೇಳೆ ಅವಾಹಕ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಒತ್ತಾಯಗಳಿಗೆ ಗುರಿಪಡಿಸಿದಾಗ ಧನ ಮತ್ತು ಋಣ ಅಯಾನುಗಳು ಅಸಮಾಂಗವಾಗಿ (ಅಸಿಮೆಟ್ರಿಕ್) ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದಿದರೆ ಅದಕ್ಕೆ ಪೀಜೋವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಫಟಿಕವೆಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಸಮಾಂಗತಾ ಕೇಂದ್ರವಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಬೆಣಚುಕಲ್ಲು. ಇನ್ನು ಕೆಲವು ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ವಪ್ರೇರಿತ ಧ್ರುವೀಕರಣವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ವಿದ್ಯುತ್ ಧ್ರುವ ಭ್ರಮಣಾಂಕ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿಟ್ಟರೆ ಧ್ರುವೀಕರಣದ ದಿಶೆಯನ್ನು ಬದಲಿಸಬಹುದು. ಇಂಥ ಘನಗಳಿಗೆ ಫೆರೊವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ರಾಷೆಲ್ ಲವಣ ಮತ್ತು ಬೇರಿಯಮ್ ಟೈಟನೇಟ್‌ನಲ್ಲಿ, ಸ್ವಪ್ರೇರಿತ ಧ್ರುವೀಕರಣವು ಸ್ಫಟಿಕ ಅಯಾನು ರಚನೆಯಲ್ಲಿನ ಸ್ವಪ್ರೇರಿತ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಬೇರಿಯಮ್ ಟೈಟನೇಟಿನಲ್ಲಿ Ti⁴⁺ ಮತ್ತು Ba²⁺ ಅಯಾನುಗಳು ಆಕ್ಸಿಜನ್ ಅಯಾನಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟ ಹೊಂದಿದಾಗ ವಿದ್ಯುತ್‌ಧ್ರುವಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ.

ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳಿಂದ ಉಂಟಾದ ದ್ಯುತೀಯ ಗುಣಗಳನ್ನು ಈಗ ವಿಮರ್ಶೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಂದು ಸಂಯುಕ್ತದ ಮೇಲೆ ಶಕ್ತಿಯುತ ವಿಕಿರಣಗಳು ಬಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅದರಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಈ ವಿಕಿರಣಗಳ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿ, ಉದ್ರೇಕಗೊಂಡು ಮೇಲಿನ ಶೂನ್ಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಲಂಘಿಸಬಲ್ಲವು. ವಿಕಿರಣಗಳ ಶಕ್ತಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಸಂಯುಕ್ತವು ಒಂದು ಕಂಪನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟ (ವೈಬ್ರೇಷನಲ್ ಎನರ್ಜಿ ಸ್ಟೇಟ್) ಅಥವಾ ಆವರ್ತಕ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ (ರೊಟೇಷನಲ್ ಎನರ್ಜಿ ಸ್ಟೇಟ್) ಮತ್ತೊಂದಕ್ಕೆ ಲಂಘಿಸುವುದನ್ನು ನೋಡಬಹುದು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಅಪೂರ್ಣತೆ ಅಥವಾ ದೋಷಗಳಿದ್ದರೆ ಅವು ವಿಕಿರಣಪಟುತ್ವವನ್ನು ಹೀರಬಲ್ಲವು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಕ್ಷಾರಲೋಹ ಹ್ಯಾಲೈಡ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಶುದ್ಧವಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ದೃಗ್ಗೋಚರ ಬೆಳಕಿನ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ಹೀರುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ದೋಷ ಕೇಂದ್ರಗಳಲ್ಲಿ (ಷಾಟ್ಕಿ ಅಥವಾ ಫ್ರೆಂಕಲ್) ಅವು ಈ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ಹೀರಿ ಈ ಕೇಂದ್ರಗಳನ್ನು ಉತ್ಪತ್ತಿಮಾಡಿ, ಸ್ಫಟಿಕ ವರ್ಣಮಯವಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಇಂಥ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ರೋಹಿತಮಾಪಿಯಲ್ಲಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸಿ ಈ ಕೇಂದ್ರಗಳ ಪಟ್ಟೆ ಅಂದರೆ F ಪಟ್ಟೆಯನ್ನು ಬರೆಯಬಹುದು. ಈ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು F- ಪಟ್ಟೆಯಷ್ಟೇ ಅಲೆಯುದ್ದದ ವಿಕಿರಣದಿಂದ ವಿಕಿರಣಮಾಡಿದರೆ F ಪಟ್ಟೆಯ ತೀಕ್ಷ್ಣತೆ ಕುಗ್ಗಿ F’ ಪಟ್ಟೆ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣವು F ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆಮಾಡುವುದರಿಂದ ಅದು ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಸರಾಗವಾಗಿ ಓಡಾಡುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ. ಈ ಓಡಾಟದಲ್ಲಿ ಅದು ಇನ್ನೊಂದು F ಕೇಂದ್ರದ ಆಕರ್ಷಣೆಯಲ್ಲಿ ಸಿಕ್ಕಿಕೊಂಡು F’ ಕೇಂದ್ರ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. F’ ಕೇಂದ್ರಗಳು ಋಣ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಪಡೆದಿರುತ್ತವೆ. ಹಿಂದೆಯೇ ತಿಳಿಸಿರುವಂತೆ F’ ಕೇಂದ್ರಗಳು ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತಾ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಭದ್ರವಾಗಿದ್ದು (ಸ್ಟೇಬಲ್) ಪ್ರಯೋಗಶಾಲೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಎರಡು ಕೇಂದ್ರಗಳಾಗಿ ವಿಕಲನವಾಗುತ್ತವೆ (ಡಿಸ್ಸೋಸಿಯೇಟ್). F ಮತ್ತು F’ ಪಟ್ಟೆಗಳ ಹೀರುವಿಕೆಯ ಶಿಖರಗಳ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ F ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬಂಧಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಗಣಿಸಬಹುದು.

ಘನಗಳಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣು ಚಲನೆಗಳು ವಿಕಿರಣಪಟುತ್ವವನ್ನು ಹೀರಿದರೆ ಅದರ ಅಧ್ಯಯನದಿಂದಲೂ ಅಪೂರ್ಣತೆ ಅಥವಾ ದೋಷಗಳ ವಿಚಾರವನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಘನದಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸಿಜನ್ ಅನಿಲವನ್ನು ಕರಗಿಸಿ ಅದರ ಅತಿರಕ್ತ ರೋಹಿತದಲ್ಲಿ Si-O ಬಂಧನ ಹಿಗ್ಗುವ ಮತ್ತು ಬಾಗುವ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸಿಜನ್ ಪರಮಾಣು ಆಂತರಿಕವಾಗಿ ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಎರಡು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳಿಗೆ 110⁰ ಕೋನದಲ್ಲಿ ಬಂಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುವುದು ತಿಳಿದುಬರುತ್ತದೆ.

ಅನೇಕ ಅವಾಹಕಗಳನ್ನು ಶಕ್ತಿಯುತ ವಿಕಿರಣಗಳಿಗೆ ತೆರೆದಿಟ್ಟಲ್ಲಿ ಅವು ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕಗಳಾಗುತ್ತವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ದ್ಯುತಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕತ್ವ ಎಂದು ಹೆಸರು. ಇಲ್ಲಿ ಅವಾಹಕದ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟಿಯಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವಿಕಿರಣ ಪಟುತ್ವವನ್ನು ಹೀರಿ ಮೇಲಿನ ಶೂನ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಗೆ ಲಂಘಿಸುತ್ತವೆ. ಆಗ ಅವಾಹಕ ಸ್ಫಟಿಕ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕವಾಗುತ್ತದೆ.

ಸಂದೀಪ್ತಿ (ಲ್ಯೂಮಿನೆಸೆನ್ಸ್)

ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಪಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿರುವ ಉದ್ರಿಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನೊಂದು ಶೂನ್ಯಮಟ್ಟವಿರುವ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಪಟ್ಟೆಗಾಗಲೀ, ಇನ್ನಾವುದಾದರೂ ಕೆಳಮಟ್ಟಕ್ಕಾಗಲೀ ಇಳಿದಲ್ಲಿ ಅದರ ಉದ್ರೇಕಶಕ್ತಿ ಉಷ್ಣ ರೂಪದಿಂದ ಸ್ಫಟಿಕ ಜಾಲಕದಲ್ಲಿ ಪ್ರಸಾರವಾಗುತ್ತದೆ. ಅಥವಾ ಅದು ಕೆಲವು ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ದೃಗ್ಗೋಚರ ರಶ್ಮಿಯ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಹೊರಬರಬಹುದು. ಈ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಸಂದೀಪ್ತಿ ಎಂದು ಹೆಸರು. ಇದನ್ನು ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿ (ಪ್ಲೋರೆಸೆನ್ಸ್) ಅಥವಾ ಸ್ಪುರದೀಪ್ತಿ (ಫಾಸ್ಫಾರಿಸೆನ್ಸ್) ಎಂದೂ ಕರೆಯಬಹುದು. ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಕಾಲ ಬೇಕಾಗುವುದಿಲ್ಲ (10^-9 ಸೆಕೆಂಡಿಗಿಂತಲೂ ಕಮ್ಮಿ). ಆದರೆ ಸ್ಫುರದೀಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಕಾಲ ಬೇಕಿದ್ದು ಇದರ ಆಯುಷ್ಯ 10^-4 ಸೆಕೆಂಡಿನಿಂದ ಹಲವಾರು ಸೆಕೆಂಡುಗಳವರೆಗೂ ಇರುತ್ತದೆ. ಘನದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಉದ್ರಿಕ್ತಸ್ಥಿತಿಗೆ ತರಲು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜಾಲಕವನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಿ ಬರುವ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಕ್ಯಾಥೊಡೋ ಸಂದೀಪ್ತಿ ಎಂದು ಹೆಸರು. ಈ ಗುಣವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಫಾಸ್ಫಾರುಗಳು ಎಂಬ ಹೆಸರಿದೆ. ಇವನ್ನು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಕಿರಣ ನಾಳದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕು ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುವ ತೆರೆಗೆ ಲೇಪನ ಮಾಡುವ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ. ಲೇಸರ್ ಕೂಡ ಘನಗಳ ಸಂದೀಪ್ತಿ ಗುಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಫಾಸ್ಪಾರುಗಳಿಗೆ ಅಶುದ್ಧತೆಗಳನ್ನು ಬೆರೆಸುವುದರಿಂದ ದೃಗ್ಗೋಚರ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೊರ ಚಿಮ್ಮುವಂತೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾದ ಫಾಸ್ಫಾರುಗಳೆಂದರೆ ಆವರ್ತಕೋಷ್ಟಕದ ಎರಡರಿಂದ ಆರನೆಯ ಗುಂಪಿನವರೆಗೂ ಇರುವ ಧಾತುಗಳ ಸಂಯುಕ್ತಗಳು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಥಾಲಿಯಮಿನಿಂದ ಪಟುತ್ವಗೊಳಿಸಿದ ಕ್ಷಾರ ಲೋಹದ ಹ್ಯಾಲೈಡುಗಳು (ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸೋಡಿಯಮ್ ಅಯೋಡೈಡ್). ಇಲ್ಲಿ ಅಶುದ್ಧತೆಯಾದ ಥಾಲಿಯಮ್ ಅಯಾನು (Tl+) ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿನ ಧನ ಅಯಾನಿನ ಸ್ಥಾನಗಳನ್ನು ಕ್ರಮರಹಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ವಿಕಿರಣ ಪಟುತ್ವವನ್ನು ಭಾರವಾದ ಅಯೋಡೈಡ್ ಅಯಾನ್ ಹೀರಿ ಅದು ಥಾಲಿಯಮ್ ಅಯಾನಿಗೆ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾದಾಗ ಈ ಅಯಾನಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಉದ್ರಿಕ್ತವಾಗಿ ಮೇಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಲಂಘಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ವಲ್ಪ ಕಾಲದ ಮೇಲೆ ಅದರ ಸ್ವಸ್ಥಾನಕ್ಕೆ ಮರಳಿದಾಗ ಉದ್ರಿಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿಕಿರಣ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಪ್ರಸಾರ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಬಹಳಷ್ಟು ಸಂದೀಪ್ತವಸ್ತುಗಳು ಈ ವಿಧವಾಗಿ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲವಾಗಿವೆ. ಇಲ್ಲಿ ಬಹುಮಟ್ಟಿಗೆ ಅಶುದ್ಧತೆ ಪರಮಾಣು ವಿಕಿರಣದ ಹೀರಿಕೆ ಮತ್ತು ಉತ್ಸರ್ಜನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ.

ಸಲ್ಫೈಡ್ ಫಾಸ್ಫಾರುಗಳ ಕ್ರಿಯಾವಿನ್ಯಾಸ ಸ್ವಲ್ಪ ಜಟಿಲವಾಗಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಈ ಫಾಸ್ಫಾರುಗಳಲ್ಲಿ ಸತುವಿನ ಸಲ್ಫೈಡ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಬೆಳ್ಳಿ ಅಥವಾ ತಾಮ್ರದ ಅಯಾನುಗಳನ್ನೂ, ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್ ಸಲ್ಫೈಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಬೆಳ್ಳಿಯ ಅಯಾನುಗಳನ್ನೂ (ಅಥವಾ ತಾಮ್ರ) ಅಶುದ್ಧತೆಯಾಗಿ ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ. ಅಣು ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿ ಆಂತ್ರಸೀನನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಂಡರೆ ಇಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿಯ ಅಥವಾ ಸ್ಫುರದೀಪ್ತಿಯ ಉತ್ಪತ್ತಿ ಅಣುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮೇಲಿನ ಅಣು ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಲಂಘಿಸಿ (ಮೊದಲನೆಯ ಉದ್ರಿಕ್ತ ಸಿಂಗ್ಲೆಟ್ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟ) ಅವು ತತ್‌ಕ್ಷಣವೇ ಸ್ವಸ್ಥಾನಕ್ಕೆ ಮರಳಿದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿದೀಪ್ತಿ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯಾಗಿಯೂ, ಒಂದು ವೇಳೆ ಸ್ವಸ್ಥಾನದ ಮೇಲಿರುವ ತ್ರಿವಳಿ (ಟ್ರಿಪ್ಲೆಟ್) ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಇಳಿದು ಬಳಕ ಸ್ವಸ್ಥಾನಕ್ಕೆ ಮರಳಿದರೆ ಸ್ಫುರದೀಪ್ತಿ ಉತ್ಸರ್ಜನೆಯಾಗಿಯೂ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ.

ಕಾಂತ ಗುಣಗಳು

ವಸ್ತುಗಳ ಕಾಂತ ಗುಣಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಿದಲ್ಲಿ ಅವನ್ನು ಪ್ರತಿಕಾಂತೀಯ (ಡಯಾಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್) ಮತ್ತು ಅನುಕಾಂತೀಯ (ಪ್ಯಾರಾಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್) ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ಎರಡು ಭಾಗಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು. ಪ್ರತಿಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಋಣಕಾಂತೀಯ ಗ್ರಾಹಕತ್ವವಿದ್ದು (+10^-6) ಈ ವಸ್ತುಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಿರಕಿಗಳೆಲ್ಲವೂ ಜೊತೆಗೂಡಿರುತ್ತವೆ. ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಈ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಹೊಂದುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆ H₂, KCl. ಅನುಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳು ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಆಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಹೊಂದುತ್ತವೆ. ಇವು ಧನಕಾಂತೀಯ ಗ್ರಾಹಕತ್ವವನ್ನು (~+10^-5) ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಮುಕ್ತ ಸೋಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣು, ನೈಟ್ರಿಕ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ (NO), ದ್ರವ ಆಕ್ಸಿಜನ್, ಆರ್ಗ್ಯಾನಿಕ್ ಮುಕ್ತ ರ‍್ಯಾಡಿಕಲುಗಳು, ಅಪೂರ್ಣ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಿಪ್ಪುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸಂಕ್ರಮಣ ಧಾತುಗಳು.

ಇನ್ನು ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರವಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ಅವುಗಳಲ್ಲಿನ ಭ್ರಮಣಾಂಕಗಳು ಸಾಲುಗೂಡಿರುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳಿಗೆ ಫೆರ‍್ರೊಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಈ ವಸ್ತುಗಳ ಕಾಂತೀಯ ಗ್ರಾಹಕತ್ವ ಧನವಾಗಿದ್ದು ಬಹಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು (~+10^-2). ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಲೋಹಗಳು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲ ಭ್ರಮಣಾಂಕಗಳೂ ಒಂದೇ ದಿಶೆಗೆ ಸಾಲುಗೂಡಿರುತ್ತವೆ.ಟೆಂಪ್ಲೇಟು:Rp ಆದರೆ ಮ್ಯಾಂಗನೀಸ್ ಆಕ್ಸೈಡಿನಲ್ಲಿ (MnO) ಈ ಭ್ರಮಣಾಂಕಗಳು ಎರಡು ವಿರುದ್ಧ ದಿಶೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಮವಾಗಿ ಸಾಲುಗಟ್ಟಿರುವುದರಿಂದ ಭ್ರಮಣಾಂಕದ ಮೊತ್ತ ಶೂನ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಇಂಥ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಪ್ರತಿಫೆರ‍್ರೊಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ಹೆಸರು. ಇವುಗಳಿಗೆ ಧನಕಾಂತೀಯ ಗ್ರಾಹಕತ್ವ ಇರುವುದು (+10^-7 ರಿಂದ 10^-4 ವರೆಗೆ). ಎರಡು ವಿರುದ್ಧ ದಿಶೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಲುಗೊಡಿರುವ ಭ್ರಮಣಾಂಕಗಳು ಸಮಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ ಭ್ರಮಣಾಂಕದ ಮೊತ್ತ ಶೂನ್ಯವಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಇಂಥ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಫೆರ‍್ರಿಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳೆಂದು ಹೆಸರು (ಕಾಂತ ಗ್ರಾಹಕತ್ವ ~ +10^-5).

ಉದಾಹರಣೆಗೆ Fe₃O₄. ಇವನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ. ಘನವಸ್ತುಗಳ ಕಾಂತ ಗುಣಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಿರಕಿ ಅನುರಣನ (ಸ್ಪಿನ್ ರೆಸೊನೆನ್ಸ್) ಮತ್ತು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಕಾಂತೀಯ ಅನುರಣನ ವಿಧಾನಗಳಿಂದ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಬಹುದು.

ಉಷ್ಣೀಯ ಗುಣಗಳು

ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣೀಯ ವಾಹಕತ್ವ ಮುಂತಾದ ಉಷ್ಣೀಯ ಗುಣಗಳು ಸ್ಟಟಿಕದ ಮೂಲಭೂತ ಗುಣಗಳು. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷ ಅಥವಾ ಅಪೂರ್ಣತೆಗಳ ಪಾತ್ರ ಹೆಚ್ಚಿನದಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಘನದಲ್ಲಿನ ಒಂದು ಗ್ರಾಮ್ ಪರಮಾಣು ತೂಕದ ಜಾಲಕ ಪರಿಮಾಣುಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣ C_v ಯು 3R ಗೆ ಸಮವಾಗಿದೆಯೆಂದು ಡೂಲಾಂಗ್ ಮತ್ತು ಪೆಟಿಟ್‌ರ ಅನುಭವಜ್ಯಸೂತ್ರ ತಿಳಿಸುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ R ಅನಿಲ ಸ್ಥಿರಾಂಕ. R ಬೆಲೆ 1.987 ಕೆಲೊರಿಗಳಾದ್ದರಿಂದ C_v ಯ ಬೆಲೆ ಸುಮಾರು 6 ಕೆಲೊರಿಗಳಷ್ಟಾಗುತ್ತದೆಂದು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಘನದ ಉಷ್ಣತೆ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ C_v ಯ ಬೆಲೆಯೂ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದನ್ನು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್, ಡಿಬೈ, ಬಾರ್ನ್, ಫಾನ್ ಕಾರ್ಮನ್ ಮುಂತಾದವರು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಮೂಲಕ ಪರಿಶೀಲಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಘನದ ನಿರಪೇಕ್ಷ ಉಷ್ಣತೆ T ಎಂದಿದ್ದಲ್ಲಿ ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ C_v ಯು T³ ಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತೀಯವಾಗಿರುವುದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಘನದಲ್ಲಿ ಉಷ್ಣೀಯ ವಾಹಕತ್ವ ಬಹುಮಟ್ಟಿಗೆ ಜಾಲಕ ಕಂಪನಗಳಿಂದ ನಡೆಯುವುದಾದರೂ ಈ ಕಾರ್ಯಕ್ಕೆ ವಿದ್ಯುದ್ವಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಕೊಡುಗೆಯೂ ಉಂಟು. ನಿಮ್ನ ಉಷ್ಣತಾಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣ T ಗೆ ಅನುಪಾತೀಯವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣದ ಮೊತ್ತ

C_v = C_v (ಜಾಲಕಂಪನ) + C_v (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್)

ಅಂದರೆ C_v = αT³ + γT

ಇಲ್ಲಿ α ಮತ್ತು γ ನಿಯತಾಂಕಗಳು

$\frac{C_v}{T}$ ಮತ್ತು T² ಗಳ ಗ್ರಾಫ್‌ನ್ನು ಬಿಡಿಸಿದರೆ ಅದರ ಓಟದ ಪರಿಶೀಲನೆಯಿಂದ C_v (ಜಾಲಕ ಕಂಪನ)ವನ್ನೂ, ರೇಖಾಂತರದಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿಶಿಷ್ಟ ಉಷ್ಣವನ್ನೂ ಗಣಿಸಬಹುದು.

ಘನಗಳ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಗಳು

ಘನಗಳ ಬಹುಮಟ್ಟಿನ ಗುಣಗಳ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಕೂಲಂಕುಷವಾಗಿ ಮಾಡಿದ್ದರೂ ಅವುಗಳ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಗಳ ಅರ್ಥ ಇನ್ನೂ ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಗೊತ್ತಾಗಿಲ್ಲ. ಸ್ಫಟಿಕೀಯ ಪರಿಪೂರ್ಣತೆಯನ್ನೂ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುದ್ಧತೆಯನ್ನೂ ಪಡೆದಿರುವ ಘನಗಳ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ನಡೆದಿಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಘನಗಳ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಗಳ ಅಧ್ಯಯನ ಅಪೂರ್ಣವೆಂದೇ ಹೇಳಬೇಕು. ಒಂದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೂ, ಆದರ್ಶ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗುಣ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿವೆ. ಆದರ್ಶ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಲೆಪ್ಪರೂಪದಲ್ಲಿ ವಿರೂಪವಾಗುವುದಾಗಲಿ (ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ ಡಿಫಾರ್ಮೇಶನ್), ಸೀಳುವುದಾಗಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಆಗಲಾರವು. ಆದರೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಸುಲಭವಾಗಿ ವಿರೂಪವಾಗಬಲ್ಲದು ಮತ್ತು ಎಷ್ಟೋ ಬಾರಿ ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಾಯಗಳಿಗೆ ಕೂಡ ಲೆಪ್ಪರೂಪವಾಗಿ ಹರಿಯಬಲ್ಲದು. ಎಷ್ಟೋ ಬಾರಿ ಅತಿ ಶುದ್ಧ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳಿದ್ದಲ್ಲಿ ಅವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಾಯಕ್ಕೆ ಗುರಿಪಡಿಸಿದರೂ ಸೀಳಬಲ್ಲವು. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಹೆಣೆದುಕೊಂಡರೆ ಸ್ಫಟಿಕವು ಗಡಸುತನವನ್ನು ಹೊಂದಬಹುದು. ಆದರೆ ಈ ಯಾವ ಗುಣಗಳೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣತೆಯಿದ್ದಾಗ ಉಪಯೋಗವಾಗುವುದಿಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಘನದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಕುಗ್ಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳು ಅಂದರೆ ಟೈಟೇನಿಯಮ್, ಮೊಲೆಬ್ಡಿನಮ್, ಟಂಗ್‍ಸ್ಟನ್ ಮತ್ತು ಬೆರಿಲಿಯಮ್ ಮುಂತಾದವು ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿದ್ದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣತೆಗಳಲ್ಲಿ ಬಹಳ ಉಪಯೋಗವಾಗುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ಈ ಧಾತುಗಳ ತನ್ಯತೆ (ಡಕ್ಟೈಲಿಟಿ) ಕಡಿಮೆಯಾದ್ದರಿಂದ ಇವುಗಳು ಯಂತ್ರಭಾಗಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಅಷ್ಟು ಉಪಯೋಗವಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಇವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಗೆ ಶುದ್ಧೀಕರಿಸಿದಲ್ಲಿ ಇವುಗಳ ತನ್ಯತೆ ವೃದ್ಧಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಬಹುಶಃ ಅಶುದ್ಧತೆ ಸ್ಥಾನಪಲ್ಲಟಗಳನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟು ಘನವನ್ನು ಗಡಸುಮಾಡುವ ಕ್ರಿಯಾವಿನ್ಯಾಸದ ಬದಲಾವಣೆಯಿಂದ ಇದು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.

ಗ್ರಂಥಸೂಚಿ

• ಟೆಂಪ್ಲೇಟು:Cite book
• ಟೆಂಪ್ಲೇಟು:Cite book

ಹೊರಗಿನ ಕೊಂಡಿಗಳು

• [೧], Sadoway, Donald. 3.091SC; Introduction to Solid State Chemistry, Fall 2010. (Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare)