Solid State MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Solid State - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

सिद्धांत:

अर्धचालकों में दाता बैंड और ग्राही बैंड

• डोपिंग के प्रकार के आधार पर अर्धचालकों को n-प्रकार और p-प्रकार में वर्गीकृत किया जा सकता है।
• n-प्रकार के अर्धचालक में:
  • दाता परमाणुओं को पदार्थ में प्रवेश कराया जाता है।
  • ये दाता परमाणु अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन जोड़ते हैं, जो चालन बैंड के ठीक नीचे ऊर्जा स्तरों पर कब्जा कर लेते हैं।
• p-प्रकार के अर्धचालक में:
  • ग्राही परमाणुओं को पदार्थ में प्रवेश कराया जाता है।
  • ये ग्राही परमाणु संयोजकता बैंड के ठीक ऊपर ऊर्जा स्तर बनाते हैं, जहाँ इलेक्ट्रॉनों को पकड़ा जा सकता है, जिससे संयोजकता बैंड में छिद्र बच जाते हैं।

व्याख्या:

• दाता बैंड n-प्रकार के अर्धचालकों में चालन बैंड के निकट एक ऊर्जा स्तर है। ऐसा इसलिए है क्योंकि दाता परमाणु अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं, जो आसानी से चालन बैंड में उत्तेजित हो जाते हैं।
• ग्राही बैंड p-प्रकार के अर्धचालकों में संयोजकता बैंड के निकट एक ऊर्जा स्तर है। ग्राही परमाणु संयोजकता बैंड में छिद्र बनाते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन आगे बढ़ सकते हैं और विद्युत चालकता बना सकते हैं।
• इस प्रकार, दाता बैंड चालन बैंड के निकट है, और ग्राही बैंड संयोजकता बैंड के निकट है।

इसलिए, सही उत्तर चालन बैंड, संयोजकता बैंड है।

सिद्धांत:

एक्स-रे विवर्तन के लिए ब्रैग का नियम

• ब्रैग का नियम उन कोणों को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है जिन पर एक्स-रे क्रिस्टल जालक द्वारा विवर्तित होते हैं।
• ब्रैग के नियम का समीकरण है:

  nλ = 2d sinθ

• जहाँ:
  • n: परावर्तन का क्रम (प्रथम कोटि परावर्तन के लिए 1)।
  • λ: एक्स-रे की तरंगदैर्ध्य।
  • d: क्रिस्टल में अंतरातलीय दूरी।
  • θ: विवर्तन का कोण।

व्याख्या:

• दिया गया डेटा:
  • अंतरातलीय दूरी (d) = 4 Å।
  • एक्स-रे की तरंगदैर्ध्य (λ) = 4 Å।
  • परावर्तन का क्रम (n) = 1 (प्रथम कोटि परावर्तन के लिए)।
• ब्रैग के नियम में प्रतिस्थापित करना:

  nλ = 2d sinθ

  1 × 4 = 2 × 4 × sinθ

  4 = 8 × sinθ

  sinθ = 4 / 8 = 0.5

• व्युत्क्रम ज्या फलन का उपयोग करना:

  θ = sin^-1(0.5)

  θ = 30°

इसलिए, विवर्तन का कोण (θ) 30° है।

संप्रत्यय:

FCC और BCC इकाई कोशिकाओं में परमाणुओं की कुल संख्या

• FCC (फलक केंद्रित घनीय) और BCC (काय केंद्रित घनीय) दो प्रकार की क्रिस्टल संरचनाएँ हैं जो ठोस पदार्थों में सामान्यतः पाई जाती हैं।
• इकाई कोशिका में परमाणुओं की कुल संख्या की गणना कोशिका में परमाणुओं की व्यवस्था के आधार पर की जा सकती है:
• इकाई कोशिका के कोनों पर स्थित परमाणु प्रति कोने पर 1/8 परमाणु का योगदान करते हैं (क्योंकि प्रत्येक कोने का परमाणु आठ आसन्न इकाई कोशिकाओं में साझा किया जाता है)।
• इकाई कोशिका के फलकों के केंद्र पर स्थित परमाणु प्रति फलक पर 1/2 परमाणु का योगदान करते हैं (क्योंकि प्रत्येक फलक परमाणु दो आसन्न इकाई कोशिकाओं के बीच साझा किया जाता है)।
• इकाई कोशिका के केंद्र पर स्थित परमाणु पूरी तरह से योगदान करते हैं (1 परमाणु)।

व्याख्या:

• FCC संरचना के लिए:
  • 8 कोने के परमाणु हैं, जो 8 × (1/8) = 1 परमाणु का योगदान करते हैं।
  • 6 फलक-केंद्रित परमाणु हैं, जो 6 × (1/2) = 3 परमाणु का योगदान करते हैं।
  • परमाणुओं की कुल संख्या = 1 + 3 = 4 परमाणु।
• BCC संरचना के लिए:
  • 8 कोने के परमाणु हैं, जो 8 × (1/8) = 1 परमाणु का योगदान करते हैं।
  • इकाई कोशिका के केंद्र में 1 परमाणु है, जो पूरी तरह से योगदान करता है (1 परमाणु)।
  • परमाणुओं की कुल संख्या = 1 + 1 = 2 परमाणु।
• इसलिए, FCC और BCC इकाई कोशिकाओं में परमाणुओं की कुल संख्या क्रमशः 4 और 2 है।

सही उत्तर: विकल्प 3 (4 और 2)

संप्रत्यय:

धात्विक क्रिस्टल संरचना

• धात्विक तत्व विभिन्न संरचनाओं में क्रिस्टलीकृत होते हैं, जो अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्थाएँ हैं।
• सबसे सामान्य धात्विक क्रिस्टल संरचनाएँ हैं:
  • फलक-केंद्रित घनीय (FCC)
  • काय-केंद्रित घनीय (BCC)
  • षट्कोणीय निविड संकुलन (HCP)
  • सरल घनीय (SC) धातुओं के लिए दुर्लभ है।
• धात्विक क्रिस्टल संरचना का प्रकार तत्व और उसके परमाणु गुणों पर निर्भर करता है।

व्याख्या:

• कैल्शियम की धात्विक क्रिस्टल संरचना फलक-केंद्रित घनीय (FCC) है। विशेष रूप से, इसमें 0.556 nm की कोर लंबाई के साथ एक FCC जालक संरचना है।

इसलिए सही उत्तर FCC है।

संप्रत्यय:

रुटाइल क्रिस्टल संरचना

• रुटाइल क्रिस्टल संरचना एक चतुष्फलकीय संरचना है जो आमतौर पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) जैसे यौगिकों में देखी जाती है।
• इस संरचना में धातु धनायन (जैसे, TiO₂ में Ti⁴⁺) होते हैं जो ऑक्सीजन ऋणायनों (या धातु हाइड्राइड्स में हाइड्राइड आयनों) से घिरे होते हैं एक विशिष्ट व्यवस्था में।
• रुटाइल संरचना में धातु धनायन की समन्वय संख्या 6 होती है, जिसका अर्थ है कि यह एक अष्टफलकीय ज्यामिति में 6 ऋणायनों से घिरा होता है।

व्याख्या:

रुटाइल संरचना

MgH₂

• MgH₂ में रुटाइल क्रिस्टल संरचना होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि:
  • मैग्नीशियम (Mg²⁺) हाइड्राइड आयनों (H^-) के साथ 6 की समन्वय संख्या बनाता है।
  • इसके परिणामस्वरूप एक चतुष्फलकीय रुटाइल जैसी व्यवस्था होती है, जो TiO₂ के समान होती है लेकिन H^- आयन O^2- की जगह लेते हैं।
• अन्य यौगिक:
  • LiH और NaH एक रॉक साल्ट संरचना (रुटाइल नहीं) में क्रिस्टलीकृत होते हैं।
  • BaH₂ एक ऑर्थोरोम्बिक संरचना (रुटाइल नहीं) को अपनाता है।

इसलिए, सही उत्तर विकल्प 1: MgH₂ है।

वर्णन:

यदि ठोस में परमाणुओं या परमाणु के समूहों को बिंदुओं द्वारा दर्शाया गया है और बिंदु एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं, तो परिणामी जालक में ब्लॉक या एकक कोष्ठिका की व्यवस्थित स्टैकिंग शामिल होगी।

• विषमलंबाक्ष एकक कोष्ठिका को दोहरी सममित के अक्षों नामक तीन रेखाओं द्वारा नामित किया गया है जिसके आस-पास कोष्ठिका को इसकी बनावट को परिवर्तित किये बिना 180° घुमाया जा सकता है।
• इस विशेषता की आवश्यकता यह होती है कि एकक कोष्ठिका के किसी दो किनारों के बीच कोण समकोण होते हैं लेकिन किनारे किसी भी लम्बाई के हो सकते हैं।

Important Points

क्रिस्टल प्रणाली के 7 प्रकार हैं:

संकल्पना:

• निकाय-केंद्रित घनीय एकक कोष्ठिका में घन के आठ कोनों में से प्रत्येक पर परमाणु होते हैं और घन के केंद्र में एक परमाणु होता है।
• कोने के परमाणुओं में से प्रत्येक दूसरे घन का कोना है इसलिए कोने के परमाणु आठ एकक कोष्ठिकाओं के बीच साझा किए जाते हैं।

गणना:

निकाय केंद्रित घनीय bcc संरचना के लिए,

त्रिज्या, (R) = (a×√3)/4    or a×√3 = 4×R       ----(1)

जहां, a = कोर की लम्बाई

प्रश्न के अनुसार, घनीय एकक कोष्ठिका की संरचना को इस प्रकार दिखाया जा सकता है:

∴ a = 2(R + r)

समीकरण (1) और समीकरण (2) से R का मान रखने पर, हम प्राप्त करते हैं:

\(\frac{a}{2}=\frac{\sqrt{3}}{4}a+r\)

\(r=\frac{a}{2}=\frac{\sqrt{3}}{4}a=2a-\frac{\sqrt{3a}}{4}\)

\(r=\frac{a\left( 2-\sqrt{3} \right)}{4}\)

व्याख्या:

संकल्पना:

जाली में दो निकटतम चतुष्फलकीय रिक्तियों के केंद्रों के बीच की दूरी और साथ ही दो चतुष्फलकीय रिक्तियों के बीच की न्यूनतम दूरी \(\frac{a}{2}\) है।

fcc (पृष्ठ-केंद्रित घनीय) में, चतुष्फलकीय रिक्तियां निकाय के विकर्ण पर किनारे से \(\frac{{\sqrt {3a} }}{4}\) की दूरी पर स्थित होती हैं। साथ में वे किनारे की लंबाई \(\frac{a}{2}\)का एक छोटा घन बनाते हैं 

इसलिए, जाली में दो निकटतम चतुष्फलकीय रिक्तियों के केंद्रों के बीच की दूरी भी \(\frac{a}{2}\) है।

पृष्ठ-केंद्रित घनीय (fcc) एक क्रिस्टल संरचना को संदर्भित करता है जिसमें प्रत्येक घनीय कॉर्नर पर एक परमाणु और प्रत्येक घनीय पृष्ठ के केंद्र में एक परमाणु होता है। यह एक बंद-पैक प्लेन है जिसमें घन के प्रत्येक पृष्ठ पर परमाणुओं को पृष्ठ के विकर्णों के साथ स्पर्श करने के लिए माना जाता है।

संकल्पना:

त्रिनताक्ष आद्य इकाई सेल के आयाम a ≠ b ≠ c और α ≠ β ≠ 90° के रूप में हैं।

सात मूलभूत या आद्य क्रिस्टलीय प्रणालियों में त्रिनताक्ष प्रणाली सबसे असममित है। अन्य मामलों में किनारे की लंबाई और अक्षीय कोण निम्नानुसार दिए गए हैं:

षट्कोणीय: a = b ≠ c और α = β = 90°, γ = 120°

एकनताक्ष: a ≠ b ≠ c और α = γ = 90°, β ≠ 90°

चतुष्कोणीय: a ≠ b ≠ c और α = β = γ = 90°

• अन्य सभी क्रिस्टल प्रणाली के प्राचल नीचे दिए गए हैं:

अवधारणा:

रससमीकरणमितीय दोष:

• रससमीकरणमितीय दोष वे हैं जिनमें अपूर्णता ऐसी हैं कि रासायनिक सूत्र द्वारा दर्शाए गए के अनुसार धनायन और ऋणायन के बीच का अनुपात समान रहता है।
• रससमीकरणमितीय दोषों के प्रकार हैं: - शॉटकी दोष और फ्रेन्केल दोष।

अरससमीकरणमितीय दोषक दोष:

• अरससमीकरणमितीय दोष वे हैं जिनमें अपूर्णता इस प्रकार की होती हैं कि जो धनायन और ऋणायन के बीच का अनुपात आदर्श रासायनिक सूत्र से भिन्न होता है।
• यहां, अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों या धनात्मक आवेश होने से ⁺ और ^- आवेशों का संतुलन बना रहता है।
• इसके प्रकारों में शामिल हैं: - धातु की अधिकता (अर्थात्, आयनों की रिक्ति के कारण और ii. अंतरालीय उद्धरणों के कारण) और धातु की कमी।

ठोसों में दोषों का वर्गीकरण नीचे दिया गया है:

स्पष्टीकरण:

ऋणयानी रिक्तियों के कारण धातु की अधिकता का दोष:

• क्षार हलाइड जैसे NaCl और KCl इस प्रकार के दोष को दर्शाती है।
• जब NaCl के क्रिस्टल को सोडियम वाष्प के वातावरण में गर्म किया जाता है, तो सोडियम परमाणु क्रिस्टल की सतह पर जमा हो जाते हैं।
• Cl^– आयन क्रिस्टल की सतह तक फैलते हैं और NaCl को NaCl के साथ मिलाते हैं।
• यह सोडियम परमाणुओं द्वारा Na⁺ आयन बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन के नुकसान से होता है।
• जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों क्रिस्टल में फैल जाते हैं और ऋणायनी क्षेत्रों पर कब्जा कर लेते हैं।

• परिणामस्वरूप, क्रिस्टल में अब सोडियम की अधिकता है।
• अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा किए गए आयनिक क्षेत्रों को F-सेंटर कहा जाता है।
• वे NaCl के क्रिस्टल को एक पीला रंग प्रदान करते हैं।
• इन इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजना से रंग निकलता है जब वे क्रिस्टल पर पड़ने वाले दृश्यमान प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं।
• इसी तरह, लिथियम की अधिकता LiCl क्रिस्टल को गुलाबी बनाती है और पोटेशियम की अधिकता KCl क्रिस्टल को वायलेट (या बकाइन) बनाती है।

अतः, F-सेंटर के कारण NaCl क्रिस्टल पीले दिखाई देते हैं।Additional Information

शॉटकी दोष:

• विद्युत उदासीनता को बनाए रखने के लिए, लुप्त धनायन और ऋणायन की संख्या बराबर है।
• यह पदार्थ के घनत्व को कम करता है।
• शॉटकी दोष आयनिक पदार्थों द्वारा दिखाया जाता है जिसमें धनायन और ऋणायन लगभग समान आकार के होते हैं।
• उदाहरण के लिए, NaCl, KCl, CsCl और AgBr

फ्रेन्केल दोष:

• छोटे आयन (आमतौर पर धनायन) को उसके सामान्य क्षेत्र से एक इंटरस्टीशियल साइट से अलग कर दिया जाता है।
• यह अपने मूल स्थान पर एक रिक्ति दोष और उसके नए स्थान पर एक अंतराकाशी दोष बनाता है।
• फ्रेन्केल दोष को प्रभ्रंश दोष भी कहा जाता है।
• यह ठोस के घनत्व को नहीं बदलता है।
• फ्रेन्केल दोष आयनिक पदार्थ द्वारा दिखाया जाता है जिसमें आयनों के आकार में एक बड़ा अंतर होता है।
• उदाहरण के लिए, Zn²⁺ और Ag⁺ आयनों के छोटे आकार के कारण ZnS, AgCl, AgBr और AgI।

अंतराकाशी​ दोष:

• जब कुछ संघटक कण (परमाणु या अणु) एक अंतराकाशी क्षेत्र पर कब्जा कर लेते हैं, तो क्रिस्टल में एक अंतराकाशी दोष कहा जाता है
• यह दोष पदार्थ के घनत्व को बढ़ाता है।
• आयनिक ठोस की हमेशा विद्युत उदासीनता बनी रहनी चाहिए।

अवधारणा :

hcp इकाई जाली में परमाणुओं की कुल प्रभावी संख्या = hcp में अष्टफलकीय रिक्तियों की संख्या = 6

hcp में चतुष्फलकीय रिक्तियों (TV) की संख्या

= 2 × hcp जाली में परमाणुओं की संख्या

= 2 × 6 = 12

जैसे, जाली का सूत्र A2B3 है

मान लीजिए, AB

\(\left( {\frac{1}{3} \times TV} \right)\) (hcp)

\(⇒ {\rm{\;}}\frac{1}{3} \times 12\) (6)

\(⇒ \frac{2}{3}\) 1

2, 3

सही उत्तर ​गर्म करने पर अचानक ठोस से तरल में परिवर्तित हो जाता है। Key Points

• क्रिस्टलीय ठोसों में उच्च क्रमबद्ध और दोहराई जाने वाली परमाणु व्यवस्था होती है, जो उन्हें उनकी विशिष्ट ज्यामितीय आकृतियां प्रदान करती है।
• उनके पास एक सटीक गलनांक होता है, जो वह तापमान होता है जिस पर क्रमबद्ध परमाणु व्यवस्था टूट जाती है और ठोस तरल अवस्था में परिवर्तित हो जाता है।
• क्रिस्टलीय ठोस का त्रि-आयामी अभिन्यास अत्यधिक नियमित एवं सममित होता है, जिसमें परमाणु या अणु एक दोहराए जाने वाले स्वरूप में व्यवस्थित होते हैं।
• गर्म होने पर, एक क्रिस्टलीय ठोस एक मध्यवर्ती तरल क्रिस्टल चरण से गुजरे बिना, ठोस से तरल में अचानक चरण परिवर्तन से गुजरता है।

Additional Information

• क्रिस्टलीय ठोस अपनी उच्च क्रमबद्ध परमाणु व्यवस्था के कारण ज्यामितीय विरूपण के प्रति प्रतिरोधी होते हैं।
• क्रिस्टलीय ठोसों का एक सटीक गलनांक होता है, जो उनकी संरचना की एक विशिष्ट विशेषता है।
• क्रिस्टलीय ठोस का अभिन्यास अत्यधिक नियमित एवं सममित होता है, जिसमें परमाणुओं या अणुओं की व्यवस्था में कोई असमानता नहीं होती है।
• मुख्य शब्द 'क्रिस्टलीय ठोस' एक उच्च क्रम वाली परमाणु संरचना वाले ठोस पदार्थ के प्रकार को संदर्भित करता है, जो इसे अनोखा भौतिक एवं रासायनिक गुण प्रदान करता है।

संकल्पना:

परमाणु A:

अष्टफलकीय शून्य में परमाणुओं की संख्या = 4 परमाणु

अष्टफलकीय रिक्तियों का आधा = \(\frac{4}{2} = 2\) परमाणु

A परमाणुओं की संख्या = 2 परमाणु

परमाणु B:

CCP जाली संरचना में परमाणुओं की संख्या = 4 परमाणु

B परमाणुओं की संख्या = 4 परमाणु

परमाणु ऑक्सीजन:

सभी चतुष्फलकीय रिक्तियों में परमाणुओं की संख्या = 8

ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या = 8 परमाणु

अवधारणा:

समन्वय संख्या:

• एक धातु की माध्यमिक संयोजकताओं प्राथमिक संलग्नी के साथ समन्वय करके संतुष्ट होती है।
• माध्यमिक संयोजकता को संतुष्ट करने वाले संलग्नी की संख्या को धातु की उपसहसंयोजक संख्या कहा जाता है।
• केंद्रीय तत्व से जुड़ाव के कुल अंकों को उपसहसंयोजक संख्या के रूप में जाना जाता है और यह 2 से 16 तक भिन्न हो सकता है।

त्रिज्या अनुपात:

• एक क्रिस्टल प्रणाली में परमाणुओं की व्यवस्था उनके बीच रिक्त स्थान का निर्माण करती है जिसे रिक्तियों के रूप में जाना जाता है।
• रिक्तियां दो प्रकार के होते हैं:
  • चतुष्फलकीय
  • अष्टफलकीय

​

• परतों को वैकल्पिक रूप से रखा गया है, दूसरी परत को पहली परत के गर्त में रखा गया है।
• "T" एक चतुष्फलकीय रिक्तियों को दर्शाता है।
• अणुओं के वास्तविक आकार की तुलना में छेद या रिक्तियों का आकार बहुत छोटा है।
• जब तीसरी परत को पहली परत के रूप में बनाया जाता है, तब बनने वाली अन्य प्रकार की रिक्तियां चतुष्फलकीय रिक्तियां है।
• उन्हें "O" के रूप में इंगित किया जाता है, अष्टभुजाकार रिक्तियां।
• ऋणायन द्वारा बनाई गई रिक्तियां उन में धनायनों को समायोजित कर सकते हैं।
• दो आयनों के अनुपात, धनायनों से ऋणायनों को त्रिज्या अनुपात के रूप में जाना जाता है।
• विभिन्न समन्वय संख्याओं के लिए अनुपात अलग है।
• निम्नलिखित तालिका में विभिन्न समन्वय संख्या के धनायनों से ऋणायनों का अनुपात दिखाया गया है:

दिया गया है:

• X+ की आयनिक त्रिज्या =  88 पिकोमीटर
• Y-  की आयनिक त्रिज्या = 200 पिकोमीटर

अतः, आयिनिक त्रिज्या =

\(\frac{{{r_ + }}}{{{r_ - }}} = \frac{{88}}{{200}}=.44\)

त्रिज्या अनुपात 0.414 - 0.732 की सीमा में आता है जो बताता है कि उपसहसंयोजन संख्या 6 है।

अतः, क्रिस्टल प्रणाली XY में X⁺ की उपसहसंयोजन संख्या 6 है।

Additional Information

• क्रिस्टल प्रणाली XY एक NaCl प्रकार का क्रिस्टल है जिसमें अष्टफलकीय रिक्तियां होती हैं।