কার্বন দিয়ে গঠিত হওয়া সত্ত্বেও গ্রাফাইট বিদ্যুৎ পরিবাহী অথচ হীরা বিদ্যুৎ অপরিবাহী হয় কেন?

আমরা সকলেই জানি হীরা ও গ্রাফাইট দুটিই কার্বনের রূপভেদ। এটাও জানি কার্বন হলো একটি অধাতু। তা সত্ত্বেও একটি রূপভেদ তড়িৎ পরিবহন করতে সক্ষম একই সময় ও পরিস্থিতিতে আরেকটি অক্ষম। এই হলো কার্বনের পারমাণবিক গঠন।প্রথমে কার্বনের রূপভেফ জানার পূর্বে স্বয়ং কার্বন সম্পর্কে দু-এক কথা না লিখলেই নয়। কার্বনের ইলেক্ট্রন বিন্যাস নিম্নরূপ কার্বন(৬)=1s(2) 2s(2) 2p(2) কোনো নিম্ন শক্তির d অর্বিটাল না থাকার জন্য কার্বন সাধারণত ৩ প্রকার ভাবে সংকরায়িত হতে পারে- sp, sp2, sp3 । ★এখন প্রথমেই আমরা গ্রাফাইট নিয়ে আলোচনা করবো- গ্রাফাইট এ কার্বনের sp2 সংকরায়ন দেখা যায়। যার ফলে ২টি এক বন্ধন(সিগমা বন্ধন) গঠন করে এবং একটি দ্বিবন্ধন(যার মধ্যে ১টি সিগমা ও একটি পাই বন্ধন থাকে) গঠন করে। যেই ইলেকট্রন টি পাই বন্ধন গঠন করে সেটি নির্দিষ্ট পথে আন্ত:পারমাণবিক ভ্রমণ করতে সক্ষম।এই জন্য এর নাম ডিলোকালাইজড ইলেকট্রন। তড়িৎ মূলত ইলেক্ট্রন আধানের স্রোত। এখন যদি গ্রাফাইট কে একটি তড়িৎ বর্তনিতে যুক্ত করা হয় তবে গ্রাফাইট তার মধ্যে অবিরাম অবর্তনীয় পাই ইলেক্টরনগুলির যতগুলি একপ্রান্ত দিয়ে বর্তনীতে প্রদান করবে এবং একই সময় এ অন্যপ্রান্তে বর্তনী থেকে ঠিক ততগুলি পাই ইলেক্ট্রন হিসাবে গ্রহণ করবে। যার ফল স্বরূপ গ্রাফাইট অধাতু হওয়া সত্ত্বেও sp2 সংকরায়নের জন্য তড়িৎ এর সুপরিবাহি হিসাবে পরিচিত।

★অন্য দিকে হীরা তে কার্বনের sp3 সংকরায়ন পরিলক্ষিত হয়।তাই হীরা এর মধ্যে কোনো প্রকার ডিলোকালইজড ইলেক্ট্রন থাকে না তাই হীরা তড়িৎ পরিবহনে অক্ষম। আমি আশা করবো প্রশ্ন এর সন্তোষজনক উত্তর প্রদানে সক্ষম হয়েছি। মন্তব্য ও আপভোট বা ডাউনভোট এর মাধ্যমে আপনার প্রতিক্রিয়া জানান। সহজ করে বললে, হীরক অনুতে কার্বনের সর্ববহিস্থ স্তরের সবকয়টি (৪ টি) ইলেকট্রন কার্বন-কার্বন বন্ধন তৈরীতে ব্যবহৃত হয়, ফলে প্রবাহিত হবার মত কোন ইলেক্ট্রন থাকে না। অপর দিকে, গ্রাফাইটে কার্বনের সর্ববহিস্থ স্তরের ৩টি ইলেক্ট্রন কার্বন-কার্বন বন্ধন তৈরীতে ব্যবহৃত হয়, ফলে প্রতিটি পরমাণুতে একটি ইলেক্ট্রন থেকে যায়, যা গ্রাফাইটের পুরো কাঠামো জুড়ে প্রবাহিত হতে পারে... আর ইলেক্ট্রনের প্রবাহই যেহেতু বিদ্যুৎ প্রবাহ তাই গ্রাফাইট বিদ্যুৎ পরিবাহী। একটু কঠিন করে বললে, হীরকের কার্বনের sp3 সঙ্করন হয় কিন্তু গ্রাফাইটে কার্বনের sp2 সংকরন হয় বিধায় 2pz অরবিটালটি মুক্ত অবস্থায় থাকে, ফলে গ্রাফাইটে প্রতিটি কার্বন পরমাণুর অসংকরিত অরবিটাল মিলে পুরো গ্রাফাইট জুড়ে ইলেক্ট্রনের সঞ্চরনশীলতা তৈরী করে, তাই গ্রাফাইট বিদ্যুৎ পরিবাহী।