അന്തർലോഹയൗഗികങ്ങൾ

രണ്ടോ അതിലധികമോ ലോഹങ്ങൾ ചേർന്നുണ്ടാകുന്ന ക്രിസ്റ്റൽസംരചനയുള്ള സംയുക്തങ്ങളാണ് അന്തർലോഹയൗഗികങ്ങൾ അഥവാ അന്തർലോഹസംയുക്തങ്ങൾ. ഉദാ. Cu Zn;Cu5Sn; Co Zn3. ഇവയ്ക്ക് സുനിശ്ചിതമോ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു പരിധി വരെ വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്നതോ ആയ ഒരു സവിശേഷസംയോഗം (characteristic composition)http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fiel5%2F9210%2F29211%2F01320287.pdf%3Farnumber%3D1320287&authDecision=-203 ഉണ്ടായിരിക്കും.

ലോഹങ്ങൾ ചില അനുപാതങ്ങളിൽ ചേർത്ത് ഉരുക്കിയാൽ സാധാരണയായി ലഭിക്കുന്നത് മിശ്രലോഹങ്ങൾ (കൂട്ടുലോഹങ്ങൾ, സങ്കരലോഹങ്ങൾ, അലോയികൾ) ആണ്. നൂതനപ്രവിധികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഖരാവസ്ഥയിൽത്തന്നെ ലോഹങ്ങളെ യോജിപ്പിച്ചും മിശ്രലോഹങ്ങളുണ്ടാക്കാൻ സാധിക്കും. ഈ മിശ്രലോഹങ്ങൾ പരിശോധിച്ചാൽ അവ ഘടകലോഹങ്ങളുടെ അനുപാതങ്ങളെ ആശ്രയിച്ച് ഒരേ ഒരു പ്രാവസ്ഥയോടു (phase) കൂടിയതാകാം; അല്ലെങ്കിൽ അനേകം പ്രാവസ്ഥകളോടു കൂടിയതാകാം. ഏകപ്രാവസ്ഥയോടുകൂടിയ മിശ്രലോഹങ്ങളാകട്ടെ രണ്ടു തരത്തിൽ രൂപംകൊള്ളുന്നവയാണ്. ഖരലായനിയുടെ (solid solution) അവസ്ഥയോടുകൂടിയതാണ് ഒന്ന്; രണ്ടാമത്തേത് യൌഗികത്തിന്റെ അവസ്ഥയോടുകൂടിയതും. ഈ രണ്ടാമത്തെ പ്രരൂപത്തിലുള്ള ഏക പ്രാവസ്ഥയോടുകൂടിയ മിശ്രലോഹങ്ങളാണ് യഥാർഥത്തിൽ അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങൾ. അതായത് അവ മിശ്രലോഹകുടുംബത്തിലെ ഒരു ശാഖയാണ് എന്നു സാരം.

സാധാരണയൌഗികങ്ങളിൽ എന്നപോലെ അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളിലും ഘടകമൂലകാണുക്കൾ സുനിശ്ചിതമായ ഒരു അനുപാതത്തിലാണ് സംയോജിച്ചിരിക്കുന്നത്. എന്നാൽ അവയിൽ കാണുന്ന സാധാരണ വാലൻസി-നിയമങ്ങൾ ഇവയിൽ കണിശമായി അങ്ങനെ പാലിക്കപ്പെടാറില്ല. തന്മൂലം അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളുടെ ഫോർമുലകൾ വിചിത്രങ്ങളായിത്തോന്നാം. ഉദാ. Mg Zn5; K Cd7; Na Zn12. മാത്രമല്ല, ഒരേ ജോഡി മൂലകങ്ങൾ (ഉദാ. സോഡിയവും ടിന്നും) പല വിധത്തിലും ചേർന്ന് (പ്രസ്തുതോദാഹരണത്തിൽ ഒൻപത് വിധം) അനേകം അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങൾ ലഭ്യമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സാധാരണയൌഗികങ്ങൾ വാതകം, ദ്രാവകം, ഖരം എന്നീ മൂന്നവസ്ഥകളിലും സ്ഥിതി ചെയ്യുവാൻ കഴിവുള്ളവയാണ് എങ്കിൽ അന്തർലോഹ യൌഗികങ്ങൾക്ക് സാമാന്യമായി ഖരാവസ്ഥയിൽ മാത്രമേ അസ്തിത്വമുള്ളൂ എന്നതും ഇവയുടെ മറ്റൊരു സവിശേഷതയാണ്. ഈ സവിശേഷതകൾ ഇവയെ സാധാരണയൌഗികങ്ങളിൽനിന്നു വ്യാവർത്തിപ്പിച്ചു നിർത്തുന്നു.

ലോഹങ്ങൾ പൊതുവിൽ വിദ്യുത്-ധനസ്വഭാവം (electropositive character)http://in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090630231759AApb3Su ഉള്ളവയാണ്. ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നതിനുള്ള പ്രവണതയാണ് ഇവ പ്രകാശിപ്പിക്കാറുള്ളത്. ആകയാൽ അവ പരസ്പരം ചേർന്ന് അയോണിക യൌഗികങ്ങളോ (ionic compounds), സഹസംയോജക (covalent)http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/covalent.html യൌഗികങ്ങളോ ഉണ്ടാകുവാനുള്ള സാധ്യത ചുരുക്കമാണ്. അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളുണ്ടാകുമ്പോൾ ഘടകമൂലകാണുക്കൾ ലോഹികബന്ധത്താൽ (metallic bond) ആണ് ഘടിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. അതുകൊണ്ടാണ് ഇവ സാധാരണ സംയോജക നിയമങ്ങൾ അനുസരിക്കുന്നില്ലെന്നു പറയുന്നത്. യൌഗികത്തിന്റെ നിർവചനം സാധാരണയിൽ കവിഞ്ഞ മട്ടിൽ വിപുലമാക്കിയാൽ മാത്രമേ ഇവയെ യൌഗികങ്ങളായി പരിഗണിക്കുവാൻ സാധിക്കുകയുള്ളു. രസതന്ത്രത്തിന്റെ ആധുനികവളർച്ചയുടെ വെളിച്ചത്തിൽ അതു സാധ്യമായിത്തീർന്നിട്ടുമുണ്ട്.

എന്തുകൊണ്ട് യൌഗികങ്ങൾ 

ഉരുക്കി യോജിപ്പിച്ച ലോഹങ്ങളുടെ മിശ്രിതങ്ങൾ ദ്രവാവസ്ഥയിൽ ഏകാത്മകമാ(homogeneous)http://www.merriam-webster.com/dictionary/homogeneousയിരിക്കും. ഇവയെ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ ഘടകങ്ങളുടെ അനുപാതം വേണ്ടപോലാണെങ്കിൽ ഖരലായനി ലഭിക്കുന്നതാണ്. ഖരലായനിയിൽ ഘടകലോഹങ്ങളുടെ അണുക്കൾ ക്രമരഹിതമായി വിന്യസിക്കപ്പെട്ടിരിക്കും. അതായത് ഒരു ലോഹത്തിന്റെ ക്രിസ്റ്റൽ-ജാലികയിൽ (crystal lattice)http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/lattice.html മറ്റേ ലോഹത്തിന്റെ അണുക്കൾ പ്രത്യേക നിയമമൊന്നുമില്ലാതെ ആദ്യത്തേതിന്റെ അണുക്കളെ പ്രതിസ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നതായി കാണാം. ചിലപ്പോൾ ഭിന്ന-ക്രിസ്റ്റൽ-സംരചനയുള്ള ഒന്നിലധികം ഖരലായനികളും ഉണ്ടായേക്കാം. എന്നാൽ മറ്റു ചിലപ്പോൾ നിശ്ചിതസംരചനയും സംയോഗവും ഉള്ള പല മധ്യപ്രാവസ്ഥകളും (intermediate phases)http://www.docstoc.com/docs/24969465/Phase-Diagrams-with-Intermediate-Phases ഉണ്ടാകുന്നതാണ്. ഈ മധ്യപ്രാവസ്ഥകളാണ് അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങൾ. ഇവയുടെ ക്രിസ്റ്റൽ സംരചനയിൽ ഘടകലോഹാണുക്കൾ നിശ്ചിത സ്ഥാനങ്ങളിൽ ക്രമപ്രകാരം ഘടിപ്പിക്കപ്പെട്ടിരിക്കും. ഇവയ്ക്ക് നിശ്ചിതമായ ദ്രവണാങ്കം (melting point) ഉണ്ട്. ഇവയിലെ ഘടകലോഹാണുക്കളുടെ എണ്ണം ഒരു പൂർണസംഖ്യാനുപാതത്തിലായിരിക്കും; ഈ അനുപാതം സാധാരണ സംയോജക നിയമം അനുസരിക്കുന്നതായിക്കാണുന്നില്ലെങ്കിലും ഇവയുടെ ഗുണധർമങ്ങൾ (ഉദാ. ക്ഷാരണം, അമ്ളപ്രതിരോധം, വൈദ്യുതി പ്രതിരോധം, കാന്തികഗുണധർമങ്ങൾ) ഘടകലോഹങ്ങളുടേതിൽനിന്നും വ്യത്യസ്തങ്ങളാണ്. ക്രിസ്റ്റലീകരണം മുതലായ ഭൗതികപ്രക്രിയകൾ വഴി ഘടകലോഹങ്ങളെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ സാധ്യവുമല്ല. ഇക്കാരണങ്ങളാലാണ് ഇവയെ യൌഗികങ്ങളായി പരിഗണിക്കുന്നത്.

സാധാരണ സംയോജക നിയമങ്ങൾ അനുസരിക്കുന്ന അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളുമുണ്ട്. വിദ്യുത്-ഋണതയിൽ (electro negativity)http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/electroneg.html നല്ല അന്തരമുള്ള ലോഹങ്ങൾ തമ്മിൽ ചേർന്നുണ്ടാകാറുള്ള Na2 Sn, Mg2 Pb, Li4 Sn എന്നിങ്ങനെയുള്ള ചിലത് ഇതിനു ദൃഷ്ടാന്തങ്ങളാണ്. ഇവയ്ക്ക് സ്ഥിരത ഉണ്ട്. ചാലകത (conductivity)http://www.lehigh.edu/~amb4/wbi/kwardlow/conductivity.htm പോലുള്ള ലോഹലക്ഷണങ്ങൾ തുച്ഛമായി മാത്രമേ ഇവ പ്രദർശിപ്പിക്കാറുള്ളു.

ഹ്യൂം റോഥേറി നിയമം 

അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ-സംരചന നിർണയിക്കുന്നത് യൌഗികത്തിലെ അണുക്കളിൽനിന്നു ലഭിക്കാവുന്ന സംയോജകതാ-ഇലക്ട്രോണുകളുടേയും അണുക്കളുടെ തന്നേയും എണ്ണങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള അനുപാതം (e/a) ആണ്. ഫോർമുലയിൽ വളരെ ഭിന്നങ്ങളായ Cu Zn,Cu3 Al, Cu5 Sn, Co Zn3 എന്നിവയിലെല്ലാം ഈ അനുപാതം 3/2 ആണ്. ഇവയുടെയെല്ലാം ക്രിസ്റ്റൽ സംരചനയും ഒന്നുതന്നെ. ഹ്യൂം റോഥേറി എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ് ഈ വസ്തുത ആദ്യമായി (1926) കണ്ടുപിടിച്ച് ഒരു നിയമമായി (ഹ്യൂം റോഥേറി നിയമം) പ്രഖ്യാപിച്ചത്. ഇതിനെത്തുടർന്ന് മറ്റു സംരചനകളിൽ കാണുന്ന e/a അനുപാതങ്ങളും കാണുകയുണ്ടായി. 21/13, 7/4 എന്നീ അനുപാതങ്ങളും സാധാരണങ്ങളാണെന്ന് അതോടെ തെളിഞ്ഞു. ഇവയുടെയെല്ലാം ക്രിസ്റ്റൽ സംരചനകൾ വിഭിന്നങ്ങളുമാണ്.

അനുപാതം കണക്കാക്കുന്ന വിധം 

ഒരു ലോഹാണുവിൽ സംയോജകതാ-ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം നിശ്ചയിക്കുന്നത്, ആ ലോഹം ആവർത്തന പട്ടികയിൽ ഏതു ഗ്രൂപ്പിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു എന്നതിനെ ആശ്രയിച്ചാണ്. ഉദാഹരണമായി, 
സിൽവർ (Ag)
ഗോൾഡ് (Au) 
കോപ്പർ (Cu) 
എന്നീ ലോഹങ്ങളുടെ (ഗ്രൂപ്പ് I) അണുവിൽ ഒന്നും, 
സിങ്ക് (Zn) 
കാഡ്മിയം (Cd) 
മെർക്കുറി (Hg) 
എന്നീ ലോഹങ്ങളുടെ (ഗ്രൂപ്പ് II) അണുവിൽ രണ്ടും സംയോജകതാ-ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ട്. 
അയൺ (Fe) 
കോബാൾട് (Co) 
നിക്കൽ (Ni) 
പലേഡിയം (Pd) 
എന്നീ ലോഹങ്ങളുടെ (ഗ്രൂപ്പ് VIII) അണുവിൽ സംയോജകതാ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം 0 ആണ്. 
ഇനി CuZn എന്ന അന്തർലോഹയൌഗികത്തിന്റെ e/a കണക്കാക്കുക. ഇതിൽ സംയോജകതാ-ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം 1+2 = 3, അണുക്കളുടെ എണ്ണം 1+1=2 ആകയാൽ e/a=3/2. Cu5Zn8 എന്ന യൌഗികത്തിൽ ആണെങ്കിൽ e=(5 x 1)+(8 x 2) = 21; a=5+8=13; ആകയാൽ e/a=21/13.

പ്രാവസ്ഥകൾ പലതുണ്ടാകുന്നവിധം 

സംയോജകത കുറഞ്ഞ ഒരു ലോഹത്തിലേക്ക് (M) സംയോജകത കൂടിയ ഒരു ലോഹം (M1) ചേർത്തുരുക്കി തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ (ഉദാ. കോപ്പറിലേക്ക് സിങ്ക് ചേർത്ത്) സംയോഗം അനുസരിച്ച്, അതിൽനിന്നു കിട്ടുന്ന ഖരപ്രാവസ്ഥകളുടെ (solid phases) സംരചനകൾ ഒരു പ്രത്യേകക്രമം അനുസരിക്കുന്നു. M1-ന്റെ ശതമാനം വളരെ കുറവാണെങ്കിൽ കിട്ടുന്നത് ഒരു ഏകവിധമായ ഖരലായനിയാണ് (αപ്രാവസ്ഥ). ഇതിന് പാർശ്വകേന്ദ്രിത-ക്യൂബിക് സംരചന (face centred cubic structure)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/199887/face-centred-cubic-structure ഉണ്ടായിരിക്കും. M1ന്റെ ശതമാനം കൂടുമ്പോൾ ങന്റെ സംരചനയിൽ M1ന്റെ അണുക്കളെ ഉൾപ്പെടുത്താൻ ഊർജപരമായും ജ്യാമിതീയമായും അതിനെ വികൃതമാക്കേണ്ടിവരുന്നതിനാൽ ഖരലായനി അസ്ഥിരമാവുകയും പുതിയ ഒരു പ്രാവസ്ഥ (β-പ്രാവസ്ഥ) രൂപമെടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ പുതിയ രൂപത്തിൽ അണുക്കൾ നിശ്ചിതനിയമമനുസരിച്ച് ക്രമീകൃതങ്ങളാണ്. ഈ പ്രാവസ്ഥയ്ക്ക് വസ്തുകേന്ദ്രിത (body centred) ക്യൂബിക് സംരചനയും, 3/2 എന്ന e/a അനുപാതവും കാണാം. തുടർന്ന് കൂടുതൽ M1 ചേർക്കുമ്പോൾ ലഭ്യമാകുന്ന മിശ്രലോഹത്തിൽ, യൂണിറ്റ് സെല്ലിൽ അനേകം അണുക്കളുള്ള ജടില (complicated) ക്യൂബിക് സംരചനയോടുകൂടിയ മറ്റൊരു പ്രാവസ്ഥയുടെ (γ-പ്രാവസ്ഥ) സാന്നിധ്യം തെളിഞ്ഞുവരുന്നു. ഇതിൽ e/a അനുപാതം 21/13 ആയിരിക്കും. 

ചില സവിശേഷതകൾ 

അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നതിന് 
താപവിശ്ലേഷണം (Thermal analysis)http://www.novacastfoundry.se/index1.asp?siteid=1&pageid=229 
എക്സ്റേ വിഭംഗനം (x-ray diffraction) http://webmineral.com/help/XRayDiffraction.shtml
മൈക്രോസ്കോപി (Microscopy)http://inventors.about.com/od/mstartinventions/a/microscope.htm 
വൈദ്യുതചാലകത (Electrical conductivity) 
കാന്തികക്ഷമത (Magnetic susceptibility) 
എന്നിങ്ങനെയുള്ള പ്രവിധികളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മിശ്രലോഹങ്ങളുടെ പ്രത്യേകതകളെ വ്യാഖ്യാനിക്കുന്നതിന് ഈ പഠനം വളരെ പ്രയോജനപ്പെടുന്നുണ്ട്. മിശ്രലോഹങ്ങളുടെ കാഠിന്യക്കൂടുതൽ, ചാലകതപോലുള്ള ലോഹലക്ഷണങ്ങളിൽ ഉണ്ടാകുന്ന കുറവ്, സവിശേഷ കാന്തികഗുണധർമങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കുകാരണം അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളുടെ രൂപംകൊള്ളലാണ്. ഉദാഹരണമായി കാഠിന്യത്തിന്റെ കാര്യമെടുക്കാം. പല മിശ്രലോഹങ്ങളും താപോപചാരത്താൽ (Heat treatment) കാഠിന്യമാർജിക്കാറുണ്ട്. നിശ്ചിതതാപനിലയിൽ വളരെനേരം വയ്ക്കുമ്പോൾ കാഠിന്യം കൂടുന്ന ഈ പ്രക്രിയയ്ക്ക് ഏജ് ഹാർഡനിങ് അഥവാ പ്രസിപിറ്റേഷൻ ഹാർഡനിങ് എന്നാണ് പേര്. അല്പം (4 ശതമാനം) ചെമ്പു ചേർത്ത അലൂമിനിയം അലോയ് ഉരുക്കി പെട്ടെന്നു തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ ഏകാത്മകമായിരുന്ന മിശ്രിതത്തിലെ അണുക്കൾക്ക് അനുയോജ്യസ്ഥാനങ്ങൾ കരസ്ഥമാക്കാൻ സാധിക്കാതെ വരുന്നതിനാൽ അവ അസ്ഥിരമായ ഖരലായനിയായിത്തീരുന്നു. എന്നാൽ മിശ്രലോഹം 100ബ്ബഇ-ൽ തപ്തമാക്കി വയ്ക്കുമ്പോൾ അണുക്കൾക്ക് ചലനസ്വാതന്ത്ര്യം കിട്ടുകയും ക്രമേണ അവ അതതു സ്ഥാനങ്ങളിൽ ചെന്നുപെട്ട് അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങൾ (മധ്യപ്രാവസ്ഥകൾ) ആയിത്തീരുകയും ചെയ്യുന്നു. അപ്പോൾ തദനുഗുണമായി അതിന്റെ കാഠിന്യവും വർധിക്കുന്നു. ഡൂറാലുമിൻ(Duralumin) എന്ന മിശ്രലോഹത്തിനു കാഠിന്യം കിട്ടുന്നത് ഇപ്രകാരമാണ്. അപൂർവമൃൺ-മൂലകങ്ങളും കോബാൾട്ടും ചേർന്ന ചില മിശ്രലോഹങ്ങൾ വളരെ മെച്ചപ്പെട്ട കാന്തങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. ഇവയുടെ ഈ പ്രത്യേക കാന്തഗുണധർമങ്ങൾക്ക് കാരണം മധ്യപ്രാവസ്ഥകൾ തന്നെയാണ്.

രണ്ടിലധികം ലോഹങ്ങൾ ചേർന്നുള്ള അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളും ധാരാളം അറിയപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഉദാ. Al4 Cu Mg5 Si4; Cu6 Zn6 Al; Cu8Zn2 Al3. ഘടകലോഹങ്ങളുടേതിൽനിന്നു ഭിന്നമായ ചില സവിശേഷഗുണധർമങ്ങൾ ഈ അന്തർലോഹയൌഗികങ്ങളെ വളരെ പ്രയോജനകാരികളാക്കുന്നുണ്ട്.

ആവർത്തന പട്ടികയിലെ ഒരേ ഉപഗ്രൂപ്പിൽപെട്ട ലോഹങ്ങൾ തമ്മിൽ ചേർന്ന് സാമാന്യേന യൌഗികങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നില്ല. എന്നാൽ KNa2, Ca3 Mg4, Zn Mg എന്നിവ ഈ പൊതുനിയമത്തിന് അപവാദങ്ങൾ ആണ്. അതുപോലെ ഒരു ലോഹം മറ്റൊരു ഗ്രൂപ്പിലെ എല്ലാ ലോഹങ്ങളുമായും ചേർന്ന് യൌഗികങ്ങൾ ലഭ്യമാക്കും; അല്ലെങ്കിൽ ഒന്നിനോടും യോജിക്കുകയില്ല. ഈ വസ്തുത ഒരു നിയമമായി പ്രഖ്യാപിച്ചത് ടാമൻ (Thamman) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ (1906) ആണ്.  

അവലംബം

പുറംകണ്ണികൾ
http://www.ul.ie/~walshem/fyp/intermetallic%20compound.htm 
http://www.metallurgy.nist.gov/mechanical_properties/solder_paper.html
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/290430/intermetallic-compound
http://as.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0471608149.html 
http://www.sciencedaily.com/releases/2003/09/030916073616.htm