বোরনের রূপভেদ

বোরন বিভিন্ন স্ফটিকীয় এবং অস্ফটিকীয় রূপে প্রস্তুত করা যায়। তবে এর পরিচিত স্ফটিকীয় রূপগুলোর মধ্যে রয়েছে α-রোম্বোহেড্রাল (α-R), β-রোম্বোহেড্রাল (β-R) এবং β-টেট্রাগোনাল (β-T)। এছাড়া বিশেষ কিছু পরিস্থিতিতে বোরনকে এর α-টেট্রাগোনাল (α-T) এবং γ-অর্থোরোম্বিক (γ) অ্যালোট্রপ রূপেও সংশ্লেষ করা সম্ভব।

এছাড়াও বোরনের দুটি অস্ফটিকীয় রূপ পরিচিত। এদের মধ্যে একটি অত্যন্ত সূক্ষ্ম গুঁড়া অবস্থায় থাকে এবং অন্যটি কাচের মতো কঠিন পদার্থ। যদিও আরও অন্তত ১৪টি অ্যালোট্রপের কথা উল্লেখ করা হয়েছে তবে এসব রূপের অধিকাংশই দুর্বল প্রমাণের ওপর ভিত্তি করে প্রস্তাবিত। কিছু রূপ এখনো পরীক্ষামূলকভাবে নিশ্চিত করা যায়নি, আবার কিছু ক্ষেত্রে এগুলোকে মিশ্র অ্যালোট্রপ হিসেবে ধরা হয় অথবা অমিশ্রণের উপস্থিতিতে স্থিতিশীল হওয়া বোরনের গাঠনিক কাঠামো বলে মনে করা হয়।

যেখানে β-রোম্বোহেড্রাল পর্যায়টি সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং অন্যগুলো আংশিক স্থিতিশীল তবুও রূপান্তরের গতি কক্ষ তাপমাত্রাতে নগণ্য। তাই এই পাঁচটি পর্যায়ই স্বাভাবিক অবস্থায় বিদ্যমান থাকতে পারে। বোরনের সবচেয়ে প্রচলিত রূপ হলো অস্ফটিক গুঁড়া এবং বহুস্ফটিক β-রোম্বোহেড্রাল যে বোরনটির অ্যালোট্রপ খুবই কঠিন। Vickers hardness comparable to that of cubic বোরন নাইট্রেট এটি ধূসর রঙের পদার্থ, যা অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে প্রায় দশ শতাংশ হালকা এবং যার গলনবিন্দু (২০৮০ °C) স্টিলের চেয়ে কয়েকশো ডিগ্রি উচ্চ।

মৌলিক বোরন মহাজাগতিক ধূলিকণা এবং উল্কাপিণ্ডে পাওয়া গেলেও পৃথিবীর উচ্চ অক্সিজেনসমৃদ্ধ পরিবেশে এটি মুক্ত অবস্থায় পাওয়া যায় না। যৌগিক অবস্থা থেকে একে পৃথক করা বেশ কষ্টসাধ্য। বোরন নিষ্কাশনের প্রাথমিক পদ্ধতিগুলোতে ম্যাগনেসিয়াম বা অ্যালুমিনিয়াম-এর মতো ধাতু ব্যবহার করে বোরিক অক্সাইড-এর বিজারণ ঘটানো হয়। তবে, এই পদ্ধতিতে উৎপাদিত বোরন প্রায়শই ধাতব বোরাইড দ্বারা দূষিত বা মিশ্রিত থাকে। তবে উচ্চ তাপমাত্রায় হাইড্রোজেন-এর মাধ্যমে উদ্বায়ী বোরন হ্যালাইডসমূহকে বিজারণ করার মাধ্যমে বিশুদ্ধ বোরন প্রস্তুত করা যেতে পারে। অর্ধপরিবাহী বা সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ব্যবহারের উপযোগী বিশুদ্ধ বোরন উচ্চ তাপমাত্রায় ডাইবোরেইন-এর বিয়োজনের মাধ্যমে উৎপাদন করা হয়। এরপর জোন মেল্টিং অথবা চোখরালস্কি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এটিকে আরও বিশুদ্ধ করা হয়।বিশুদ্ধ বোরন দশার একক স্ফটিক প্রস্তুত করা আরও বেশি কঠিন; এর কারণ হলো বোরনের বহুরূপিতা এবং অপদ্রব্যের সাথে বিক্রিয়া করার তীব্র প্রবণতা। সাধারণত এই স্ফটিকগুলোর আকার হয় মাত্র ~০.১ মিমি।

 বৈশিষ্ট্যের সারসংক্ষেপ 

বোরন দশাα-Rα-Tβ-Rβ-Tγঅস্ফূরিত   প্রতিসাম্য রম্বোহেড্রাল টেট্রাগোনাল রম্বোহেড্রালটেট্রাগোনাল অর্থোরম্বিকSemi-randomSemi-random 25px 25px 25px 25px 25px  সংগঠন সাধারণ বিশেষ সাধারণ সাধারণ বিশেষএটমস/ইউনিট সেল ১২৫০১০৫‒১০৮১৯২২৮ঘনত্ব (গ্রাম/সেমি৩)২.৪৬২.২৯‒২.৩৯২.৩৫২.৩৬২.৫২১.৭৪২.৩৪–.৩৫ভিকার্স দৃঢ়তা৪২ GPa৪৫ GPa৫০–৫৮ GPaবুল্ক মডিউলাস২২৪ GPa১৮৪ GPa২২৭ GPaব্যান্ড গ্যাপ (eV)২১.৫৫১.৬১.১৬২.১০.৫৬–০.৭১রংক্রিস্টালগুলো / স্বচ্ছ লাল রঙের<brকালো এবংঅস্বচ্ছ সাথে ধাতব দীপ্তিঅন্ধকার হতে চকচকেসিলভার-ধূসরকালো/লালগাঢ় ধূসরকালো হতেখয়েরীঅস্বচ্ছকালো সূত্র    Black when viewed by reflected light; red by transmitted light High purity amorphous boron powder is black whereas impure samples have a brown appearance: Lidin R. A. (1996). Inorganic substances handbook. New York: Begell House. p. 22; ; ;    প্রথম প্রতিবেদন সাল১৯৫৮১৯৪৪/১৯৭৩1943 was when the supposed structure was first reported; 1973 was when it was first reported that pure α-tetragonal boron can only be synthesized as thin layers deposited on an underlying substrate of isotropic boron carbide or nitride: Kunzmann, P. M. (1973). Structural studies on the crystal chemistry of icosahedral boron framework structure derivatives. PhD thesis. Cornell University; Amberger, E. (1981). "Elemental boron". In Buschbeck, K. C.. Gmelin handbook of inorganic and organometallic chemistry: B Boron, Supplement 2 (8th ed.). Berlin: Springer-Verlag. pp. 1–112 (60–61). .১৯৬৭১৯৬০২০০৯γ-Boron was previously obtained in 1965, but its structure was not determined (see below).১৮০৮১৯১১

 α-রোম্বোহেড্রাল বোরন 
α-রোম্বোহেড্রাল বোরনের ইউনিট সেলে বারোটি বোরন পরমাণু থাকে। এর গঠন  আইকোসাহেড্রা দিয়ে তৈরি যেখানে প্রতিটি বোরন পরমাণুর আইকোসাহেড্রার ভেতরে নিকটতম পাঁচটি প্রতিবেশী পরমাণু থাকে। যদি বোরনের বন্ধনগুলো প্রচলিত সমযোজী প্রকৃতির হতো তবে প্রতিটি বোরন পরমাণুকে পাঁচটি করে ইলেকট্রন দান করতে হতো। কিন্তু বোরনের মাত্র তিনটি যোজনী ইলেকট্রন রয়েছে। এটি ধারণা করা হয় যে,  আইকোসাহেড্রার মধ্যকার বন্ধনগুলো ৩-কেন্দ্রবিশিষ্ট ইলেকট্রন-ঘাটতি বন্ধনের মাধ্যমে সম্পন্ন হয়; যেখানে ইলেকট্রন চার্জ তিনটি নিকটবর্তী পরমাণু দ্বারা গঠিত একটি ত্রিভুজের কেন্দ্রে পুঞ্জীভূত থাকে।

একক  আইকোসাহেড্রাগুলো স্থিতিশীল নয় যার কারণ হলো হানিকম্বের অসমতা। ফলে বোরন কোনো আণবিক কঠিন পদার্থ নয়; বরং এর ভেতরের আইকোসাহেড্রাগুলো একে অপরের সাথে শক্তিশালী সমযোজী বন্ধনের মাধ্যমে যুক্ত থাকে।

α-টেট্রাগনাল বোরন
বিশুদ্ধ α-টেট্রাগোনাল বোরন কেবল আইসোট্রোপিক বোরন কার্বাইড (B50C2) অথবা নাইট্রাইড (B50N2)-এর একটি সাবস্ট্রেটের ওপর পাতলা স্তর হিসেবে জমা করার মাধ্যমেই সংশ্লেষণ করা সম্ভব। α-টেট্রাগোনাল বোরনের অধিকাংশ উদাহরণ আসলে বোরন-সমৃদ্ধ কার্বাইড অথবা নাইট্রাইড।

β-রম্বোহেড্রাল বোরন
β-রোম্বোহেড্রাল বোরনের ইউনিট সেলে ১০৫–১০৮টি (আদর্শভাবে ঠিক ১০৫টি) পরমাণু থাকে। অধিকাংশ পরমাণু পৃথক B12 আইকোসাহেড্রা গঠন করে; কিছু পরমাণু আংশিকভাবে পরস্পর প্রবেশ করা আইকোসাহেড্রা তৈরি করে। এছাড়া এতে দুটি ডেল্টাহেড্রাল B10 একক এবং একটি একক কেন্দ্রীয় B পরমাণু রয়েছে। 

দীর্ঘদিন ধরে এটি অস্পষ্ট ছিল যে, স্বাভাবিক অবস্থায় বোরনের α নাকি β দশাটি সবচেয়ে বেশি স্থিতিশীল; তবে পর্যায়ক্রমে বিজ্ঞানীরা এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছেন যে, β দশাটিই হলো তাপগতিবিদ্যার বিচারে সবচেয়ে স্থিতিশীল রূপভেদ যার মোহস কঠিনতা ৯.৫, যা একে বিশুদ্ধ মৌলিক পদার্থগুলোর মধ্যে অন্যতম কঠিনে পরিণত করেছে; কঠিনতার দিক থেকে এটি কেবল কার্বনের (হীরা) পরেই অবস্থান করে।

β-টেট্রাগনাল বোরন
১৯৬০ সালে উত্তপ্ত টাংস্টেন, রেনিয়াম অথবা ট্যান্টালাম ফিলামেন্টের ওপর ১২৭০–১৫৫০ °C তাপমাত্রায় BBr3-এর হাইড্রোজেন দ্বারা বিজারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে β দশাটি উৎপাদন করা হয় (অর্থাৎ রাসায়নিক বাষ্প জমা পদ্ধতিতে)। পরবর্তী গবেষণাগুলোতে এই সংশ্লেষণ পদ্ধতি পুনরায় সফলভাবে করা হয়েছে এবং এই পর্যায়ে কোনো অমিশ্রণের উপস্থিতি নেই বলে নিশ্চিত করা হয়েছে।

γ-বোরন

γ-দশাকে B12 আইকোসাহেড্রা এবং B2 জোড়ার দুই ধরনের ক্লাস্টারের NaCl-ধরনের বিন্যাস হিসেবে বর্ণনা করা যায়। এটি অন্যান্য বোরন দশাকে ১২–২০ GPa চাপের অধীনে সংকুচিত করে এবং ১৫০০–১৮০০ °C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে উৎপাদন করা যায় এবং স্বাভাবিক অবস্থায় স্থিতিশীল থাকে। এই গঠনে B2 জোড়া থেকে B12 আইকোসাহেড্রায় উল্লেখযোগ্য ইলেকট্রন চার্জ স্থানান্তরের প্রমাণ পাওয়া গেছে; বিশেষভাবে, ল্যাটিস গতিবিদ্যা দীর্ঘ-পরিসরের উল্লেখযোগ্য বৈদ্যুতিক আকর্ষণের উপস্থিতি নির্দেশ করে।

১৯৬৫ সালে বিজ্ঞানী ওয়েনটর্ফ বোরনের এই দশা বর্ণনা দেন! তবে সেই সময় এর গঠন বা রাসায়নিক উপাদান কোনটিই নিশ্চিতভাবে প্রতিষ্ঠিত হয়নি। পরবর্তীতে অ্যাব ইনিশিও স্ফটিক গঠন পূর্বাভাস গণনার মাধ্যমে এর গঠনটি সমাধান করা হয় এবং একক স্ফটিক এক্স-রে বিচ্ছুরণ পদ্ধতির সাহায্যে তা নিশ্চিত করা হয়।

 কিউবিক বোরন 
সুলঞ্জার এবং তার সহযোগীরা (১৯৬৯) এবং ম্যাককনভিল ও তার সহযোগীরা (১৯৭৬) বোরনের একটি কিউবিক রূপভেদের কথা বর্ণনা করেছেন। এটি আর্গন প্লাজমা পরীক্ষার মাধ্যমে পাওয়া গিয়েছিল, যার একটি একক কোষে ১৭০৫±৩টি পরমাণু থাকে এবং এর ঘনত্ব ২.৩৬৭ গ্রাম/সেমি৩। যদিও এই রূপভেদটির কথা সাহিত্যে মাঝেমধ্যে উল্লেখ করা হয়,,পরবর্তীতে এর অস্তিত্ব নিশ্চিত বা অস্বীকার করে কোনো গবেষণা প্রকাশিত হয়েনি। ডোনোহিউ  (১৯৮২) মন্তব্য করেছেন যে, ইউনিট সেলের পরমাণুগুলোর সংখ্যা আইকোসাহেড্রাল সম্পর্কযুক্ত বলে মনে হয় না (আইকোসাহেড্রন হলো বোরনের গঠনের একটি সাধারণ প্যাটার্ন)।

 উচ্চ-চাপীয় অতিপরিবাহী দশা 
বোরনকে ১৬০ GPa-এর উপরে সংকুচিত করলে এমন একটি দশা তৈরি হয় যার গঠন এখন পর্যন্ত অজানা। বোরনের অন্যান্য রূপভেদগুলো অর্ধপরিবাহী হলেও এই দশাটি একটি ধাতু এবং এটি অতিপরিবাহী হিসেবে আচরণ করে। এর ক্রান্তীয় তাপমাত্রা চাপের সাথে বৃদ্ধি পায়; ১৬০ GPa চাপে এটি ৬ K হলেও ২৫০ GPa চাপে তা ১১ K-তে পৌঁছায়। এই কাঠামোগত রূপান্তরটি এমন এক চাপে ঘটে যেখানে গাণিতিক তত্ত্ব অনুযায়ী বোরনের আইকোসাহেড্রাগুলো বিচ্ছিন্ন হয়ে যাওয়ার কথা।

এই দশার গঠন সম্পর্কে বিভিন্ন উপস্থাপিত হয়েছে যার  মধ্যে রয়েছে ফেস-সেন্টার্ড কিউবিক (যা অ্যালুমিনিয়ামের অনুরূপ); α-Ga (আলফা-গ্যালিয়াম) কাঠামো এবং বডি-সেন্টার্ড টেট্রাগোনাল  (যা ইন্ডিয়ামের অনুরূপ)।  এছাড়াও ধারণা করা হয়েছে যে অধাতু থেকে ধাতুতে রূপান্তরটি কাঠামোগত পরিবর্তনের ফল না বরং এটি ব্যান্ড গ্যাপ–এর সংকীর্ণ হবার ফল যেমনটি আয়োডিনের ক্ষেত্রে দেখা যায়। 

বোরোফিন

বোরনের একাধিক দ্বিমাত্রিক রূপভেদ বিদ্যমান যেগুলোকে সমষ্টিগতভাবে বোরোফিন বলা হয় এবং তাত্ত্বিকভাবে এর চেয়েও অধিক গঠনের পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। 

বোরোস্ফেরিন

প্রায়-গোলাকার অ্যালোট্রপিক অণু বোরোস্ফেরিন (B40)–এর আবিষ্কারের ঘোষণা ২০১৪ সালের জুলাই মাসে দেওয়া হয়। 

অস্ফটিকার বোরন
অস্ফটিকীয় বোরন B12 আইকোসাহেড্রন ধারণ করে, যা একে অপরের সাথে দীর্ঘকালীন কোনো শৃঙ্খলা ছাড়াই এলোমেলোভাবে যুক্ত থাকে।  শুদ্ধ অস্ফটিকাকার বোরন তৈরি করা যায় ডাইবোর্ন-এর তাপীয় বিয়োজনের মাধ্যমে, যখন তাপমাত্রা ১০০০ °C-এর নিচে থাকে। ১০০০ °C-এ এনিলিং করলে অস্ফটিকাকার বোরন রূপান্তরিত হয়ে β-রম্বোহেড্রাল বোরনে পরিণত হয়। অস্ফটিক বোরন ন্যানোতন্তু (পুরুত্ব ৩০–৬০ ন্যানোমিটার) অথবা ফাইবার যথাক্রমে ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং এবং লেজার-সহায়ক রাসায়নিক বাষ্প অধিপাতন পদ্ধতিতে প্রস্তুত করা যায় এবং ১০০০ °সে তাপমাত্রায় অ্যানিলিং করলে এগুলো β-রোম্বোহেড্রাল বোরন ন্যানোতন্তুতে রূপান্তরিত হয়।

টীকা

তথ্যসূত্র