ভূমিকা: পরমাণু কেন একত্রিত হয়?
রসায়নের জগতে আপনাকে স্বাগতম। পরমাণুই হলো সকল পদার্থের মূল ভিত্তি, আর পরমাণুর কেন্দ্রকে ঘিরে থাকা ইলেকট্রনগুলোই তার পরিচয় এবং আচরণের নিয়ন্ত্রক। প্রকৃতিতে পরমাণুগুলো একা থাকতে পছন্দ করে না। তারা একে অপরের সাথে যুক্ত হয়ে অণু গঠন করে স্থিতিশীলতা অর্জনের জন্য। প্রতিটি পরমাণুই তার নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাসের স্থিতিশীল ইলেকট্রন বিন্যাস লাভ করতে চায়। এই স্থিতিশীলতা অর্জনের জন্যই পরমাণুগুলো ইলেকট্রন আদান-প্রদান বা শেয়ারের মাধ্যমে একে অপরের সাথে রাসায়নিক বন্ধনে আবদ্ধ হয়। এই ডকুমেন্টের মূল উদ্দেশ্য হলো মৌলের পর্যায়বৃত্ত ধর্ম এবং রাসায়নিক বন্ধনের পেছনের মূলনীতিগুলোকে একটি সুস্পষ্ট ও কাঠামোবদ্ধ উপায়ে উপস্থাপন করা।
পর্ব ১: পর্যায় সারণির ভিত্তি - ইলেকট্রন বিন্যাস
পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাসই তার রাসায়নিক ধর্ম নিয়ন্ত্রণ করে। নিচের সিমুলেশনটি ব্যবহার করে যেকোনো মৌলের (১-১১৮) বোর মডেল ও ইলেকট্রন বিন্যাস দেখুন।
পারমাণবিক সংখ্যা:
ইলেকট্রন বিন্যাস:
১.১ মৌলসমূহের শ্রেণিবিভাগ (ব্লকভিত্তিক)
ইলেকট্রন বিন্যাসের ওপর ভিত্তি করে পর্যায় সারণির সমস্ত মৌলকে চারটি প্রধান ব্লকে ভাগ করা হয়। শেষ ইলেকট্রনটি যে অরবিটালে প্রবেশ করে, তার ওপর ভিত্তি করেই এই নামকরণ।
- s-ব্লক মৌল: গ্রুপ ১ ও ২ এর মৌল। এরা সবচেয়ে বেশি তড়িৎ ধনাত্মক এবং সক্রিয় ধাতু (ক্ষার ও মৃৎক্ষার ধাতু)।
- p-ব্লক মৌল: গ্রুপ ১৩ থেকে ১৮। এই ব্লকে ধাতু, অধাতু, উপধাতু এবং নিষ্ক্রিয় গ্যাস—সবই রয়েছে।
- d-ব্লক মৌল: গ্রুপ ৩ থেকে ১২। এদেরকে অবস্থান্তর মৌল বলা হয়। এরা রঙিন যৌগ গঠন করে এবং পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
- f-ব্লক মৌল: এদেরকে অন্তঃঅবস্থান্তর মৌল বলা হয় (ল্যান্থানাইড ও অ্যাকটিনাইড)।
পর্ব ২: মৌলের পর্যায়বৃত্ত ধর্মসমূহ
পর্যায়বৃত্ত ধর্ম হলো সেইসব ধর্ম যা পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে পর্যায় সারণি বরাবর নির্দিষ্ট ব্যবধানে পুনরাবৃত্ত হয়। নিচের ইন্টারেক্টিভ পর্যায় সারণিতে প্রতিটি মৌলে ক্লিক করে তার বিস্তারিত তথ্য দেখুন।
২.২ মূল পর্যায়বৃত্ত ধর্মগুলোর বিশ্লেষণ
| ধর্ম | পর্যায়ে পরিবর্তন (বাম থেকে ডানে) | গ্রুপে পরিবর্তন (উপর থেকে নিচে) |
|---|---|---|
| পারমাণবিক ব্যাসার্ধ | হ্রাস পায়। কারণ কার্যকরী নিউক্লীয় চার্জ বৃদ্ধি পায়। | বৃদ্ধি পায়। কারণ নতুন ইলেকট্রন শক্তিস্তর যুক্ত হয়। |
| আয়নীকরণ শক্তি | বৃদ্ধি পায়। কারণ পরমাণুর আকার ছোট হয়। | হ্রাস পায়। কারণ পরমাণুর আকার বড় হয়। |
| ইলেকট্রন আসক্তি | বৃদ্ধি পায় (সাধারণত)। | হ্রাস পায়। |
| তড়িৎ ঋণাত্মকতা | বৃদ্ধি পায়। | হ্রাস পায়। |
পর্ব ৩: রাসায়নিক বন্ধন
তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্যের ওপর নির্ভর করে বন্ধনের প্রকৃতি নির্ধারিত হয়। নিচের সিমুলেশনটি দিয়ে বিভিন্ন ধরনের বন্ধন সম্পর্কে জানুন।
পার্থক্য: 1.4
পোলার সমযোজী বন্ধন
৩.২ বন্ধনের প্রকারভেদ: একটি তুলনা
| বন্ধনের প্রকার | গঠন প্রক্রিয়া | উদাহরণ |
|---|---|---|
| আয়নিক বন্ধন | ইলেকট্রন স্থানান্তরের মাধ্যমে গঠিত হয়। | NaCl |
| সমযোজী বন্ধন | ইলেকট্রন শেয়ারের মাধ্যমে গঠিত হয়। | CH₄, H₂O |
| ধাতব বন্ধন | সঞ্চারণশীল ইলেকট্রন এবং ধাতব ক্যাটায়নের মধ্যে আকর্ষণ। | Na, Cu |
পর্ব ৪: অণুর আকৃতি
VSEPR তত্ত্ব এবং সংকরায়ন কীভাবে অণুর নির্দিষ্ট জ্যামিতিক আকৃতি নির্ধারণ করে, তা নিচের সিমুলেশনে দেখুন। মাউস ব্যবহার করে অণুগুলো ঘোরানো যাবে।
একটি অণু নির্বাচন করুন
৪.২ সংকরায়ন (Hybridization)
সংকরায়ন হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে কোনো পরমাণুর যোজ্যতা স্তরের ভিন্ন ভিন্ন শক্তির একাধিক অরবিটাল পরস্পরের সাথে মিশ্রিত হয়ে সমশক্তি ও সম-আকৃতির নতুন অরবিটাল তৈরি করে।
- sp³ সংকরায়ন: উদাহরণ: মিথেন (CH₄), বন্ধন কোণ: 109.5°, আকৃতি: চতুস্তলকীয়
- sp² সংকরায়ন: উদাহরণ: ইথিন (C₂H₄), বন্ধন কোণ: 120°, আকৃতি: সমতলীয় ত্রিভুজাকার
- sp সংকরায়ন: উদাহরণ: বেরিলিয়াম ক্লোরাইড (BeCl₂), বন্ধন কোণ: 180°, আকৃতি: সরলরৈখিক
৪.৩ VSEPR তত্ত্ব: অণুর আকৃতি নির্ধারণ
VSEPR তত্ত্বের মূলনীতি হলো: কোনো অণুর কেন্দ্রীয় পরমাণুর যোজ্যতা স্তরের ইলেকট্রন জোড়গুলো (বন্ধন এবং মুক্তজোড়) একে অপরকে বিকর্ষণ করে এবং এমনভাবে অবস্থান করে যাতে তাদের মধ্যে বিকর্ষণ সর্বনিম্ন হয়।
- অ্যামোনিয়া (NH₃): একটি মুক্তজোড় থাকায় আকৃতি হয় ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় (বন্ধন কোণ 107°)।
- পানি (H₂O): দুটি মুক্তজোড় থাকায় আকৃতি হয় V-আকৃতির (বন্ধন কোণ 104.5°)।
পর্ব ৫: আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল
আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল হলো পাশাপাশি অবস্থিত অণুগুলোর মধ্যে ক্রিয়াশীল দুর্বল আকর্ষণ বল। এই বল রাসায়নিক বন্ধন থেকে অনেক দুর্বল, কিন্তু পদার্থের ভৌত ধর্ম (যেমন গলনাঙ্ক, স্ফুটনাঙ্ক) নির্ধারণে এর ভূমিকা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
- ভ্যানডার ওয়ালস বল: সব ধরনের অণু ও পরমাণুর মধ্যে বিদ্যমান একটি সার্বজনীন দুর্বল আকর্ষণ বল।
- হাইড্রোজেন বন্ধন: যখন হাইড্রোজেন (H) পরমাণু অত্যন্ত তড়িৎ ঋণাত্মক কোনো পরমাণু (যেমন F, O, বা N)-এর সাথে সমযোজী বন্ধনে যুক্ত থাকে, তখন হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হয়। পানির অণুগুলোর মধ্যে শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধন থাকার কারণেই স্বাভাবিক তাপমাত্রায় পানি তরল অবস্থায় থাকে।
অধ্যয়ন নির্দেশিকা
সংক্ষিপ্ত প্রশ্ন ও উত্তর
প্রশ্নাবলী:
- অবস্থান্তর মৌল কাদের বলা হয়? এদের দুটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য উল্লেখ করুন।
- আয়নীকরণ শক্তি কী? পর্যায় সারণীর একই পর্যায়ে বাম থেকে ডানে গেলে এর কীরূপ পরিবর্তন হয়?
- সমযোজী বন্ধন এবং সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধনের মধ্যে মূল পার্থক্য কী?
- হাইড্রোজেন বন্ধন বলতে কী বোঝায়? এটি সমযোজী বন্ধনের চেয়ে শক্তিশালী না দুর্বল?
- VSEPR তত্ত্বের মূলনীতি কী? এই তত্ত্ব অনুসারে অ্যামোনিয়া (NH₃) অণুর আকৃতি কীরূপ?
- পোলার অণু এবং অপোলার অণুর মধ্যে পার্থক্য কী? পানির অণু (H₂O) পোলার কেন?
- ক্ষার ধাতু এবং মৃৎক্ষার ধাতুর মধ্যে দুটি পার্থক্য লিখুন।
- অরবিটাল সংকরণ বা হাইব্রিডাইজেশন কাকে বলে? মিথেন (CH₄) অণুতে কোন ধরনের সংকরণ দেখা যায়?
- হ্যালোজেন শব্দের অর্থ কী? গ্রুপ 17-এর মৌলগুলোকে হ্যালোজেন বলার কারণ কী?
- জারণ বিজারণ ধর্ম অনুযায়ী অক্সাইড কত প্রকার ও কী কী? একটি উভধর্মী অক্সাইডের উদাহরণ দিন।
উত্তরপত্র:
- অবস্থান্তর মৌল: যে সকল d-ব্লক মৌলের সুস্থিত আয়নের ইলেকট্রন বিন্যাসে d-অরবিটাল (d¹, d², ... d⁹) আংশিকভাবে পূর্ণ থাকে, তাদের অবস্থান্তর মৌল বলে। এদের দুটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য হলো: (ক) এরা পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে এবং (খ) এরা রঙিন যৌগ গঠন করে।
- আয়নীকরণ শক্তি: গ্যাসীয় অবস্থায় কোনো মৌলের এক মোল বিচ্ছিন্ন পরমাণু থেকে একটি করে ইলেকট্রন অপসারণ করে এক মোল ধনাত্মক আয়নে পরিণত করতে যে পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন হয়, তাকে আয়নীকরণ শক্তি বলে। পর্যায় সারণীর একই পর্যায়ে বাম থেকে ডানে গেলে পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে আয়নীকরণ শক্তির মান বৃদ্ধি পায়।
- সমযোজী ও সন্নিবেশ বন্ধন: সমযোজী বন্ধনে অংশগ্রহণকারী দুটি পরমাণু ইলেকট্রন শেয়ার করে, যেখানে উভয় পরমাণু একটি করে ইলেকট্রন দিয়ে বন্ধন গঠন করে। অন্যদিকে, সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধনে দুটি পরমাণুর মধ্যে কেবল একটি পরমাণুই বন্ধনজোড় ইলেকট্রন সরবরাহ করে, যা উভয় পরমাণু শেয়ার করে।
- হাইড্রোজেন বন্ধন: অধিক তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলের সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ হাইড্রোজেন পরমাণু এবং অপর একটি তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলের পরমাণুর মধ্যে সৃষ্ট দুর্বল আকর্ষণ বলকে হাইড্রোজেন বন্ধন বলে। এটি একটি দুর্বল প্রকৃতির আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল এবং সমযোজী বন্ধনের তুলনায় অনেক দুর্বল।
- VSEPR তত্ত্ব: এই তত্ত্বের মূলনীতি হলো, "কোনো অণুর কেন্দ্রীয় পরমাণুর যোজ্যতা স্তরের ইলেকট্রন জোড়গুলো彼此কে বিকর্ষণ করার ফলে ত্রিমাত্রিক জগতে এমনভাবে অবস্থান নেয় যাতে তাদের মধ্যে বিকর্ষণ সর্বনিম্ন হয় এবং অণুটি স্থিতিশীলতা লাভ করে।" এই তত্ত্ব অনুসারে, অ্যামোনিয়া (NH₃) অণুর আকৃতি ত্রিকোণীয় পিরামিডীয়।
- পোলার ও অপোলার অণু: সমযোজী যৌগের অণুতে সৃষ্ট দুটি পোলের মধ্যে আংশিক ধনাত্মক ও ঋণাত্মক চার্জের কারণে ডাইপোলের সৃষ্টি হলে তাকে পোলার অণু বলে, অন্যথায় সেটি অপোলার। পানির অণুতে অক্সিজেন ও হাইড্রোজেনের তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য বেশি হওয়ায় এবং অণুটি প্রতিসম না হওয়ায় এটি একটি পোলার অণু।
- ক্ষার ধাতু ও মৃৎক্ষার ধাতু: ক্ষার ধাতুগুলো গ্রুপ ১-এর অন্তর্গত এবং এদের যোজনী ১, অন্যদিকে মৃৎক্ষার ধাতুগুলো গ্রুপ ২-এর অন্তর্গত এবং এদের যোজনী ২। ক্ষার ধাতুগুলো মৃৎক্ষার ধাতুর চেয়ে বেশি সক্রিয় এবং এদের গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক তুলনামূলকভাবে কম।
- অরবিটাল সংকরণ: কোনো পরমাণুর যোজ্যতা স্তরের বিভিন্ন শক্তির একাধিক অরবিটাল পরস্পরের সাথে মিশ্রিত হয়ে সমশক্তির সমসংখ্যক নতুন অরবিটাল সৃষ্টির প্রক্রিয়াকে অরবিটাল সংকরণ বা হাইব্রিডাইজেশন বলে। মিথেন (CH₄) অণুর কেন্দ্রীয় কার্বন পরমাণুতে sp³ সংকরণ ঘটে।
- হ্যালোজেন: হ্যালোজেন (Halogen) শব্দটি গ্রিক শব্দ Hals (সামুদ্রিক লবণ) এবং genas (উৎপাদক) থেকে উদ্ভূত, যার অর্থ 'সামুদ্রিক লবণ উৎপাদক'। গ্রুপ 17-এর মৌলগুলো ধাতুর সাথে বিক্রিয়া করে সামুদ্রিক লবণ গঠন করে, তাই এদের হ্যালোজেন বলা হয়।
- অক্সাইড: জারণ বিজারণ ধর্ম অনুযায়ী অক্সাইড প্রধানত চার প্রকার: ক্ষারীয়, অম্লীয়, উভধর্মী এবং নিরপেক্ষ অক্সাইড। অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) এবং জিংক অক্সাইড (ZnO) হলো উভধর্মী অক্সাইডের উদাহরণ।
রচনামূলক প্রশ্নের জন্য পরামর্শ
- পর্যায় সারণীর কোনো একটি নির্দিষ্ট পর্যায় এবং গ্রুপের ক্ষেত্রে বিভিন্ন পর্যায়বৃত্ত ধর্ম (যেমন পারমাণবিক ব্যাসার্ধ, আয়নীকরণ শক্তি, ইলেকট্রন আসক্তি ও তড়িৎ ঋণাত্মকতা) কীভাবে পরিবর্তিত হয় তা বিস্তারিত আলোচনা করুন।
- sp, sp², এবং sp³ সংকরণ উদাহরণসহ ব্যাখ্যা করুন। এই সংকরণগুলো কীভাবে অণুর জ্যামিতিক গঠন ও বন্ধন কোণ নির্ধারণ করে তা আলোচনা করুন।
- পোলারায়ন কী? ফাজানের নীতি অনুসারে, কীভাবে ক্যাটায়ন ও অ্যানায়নের আকার ও চার্জ আয়নিক যৌগের সমযোজী বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করে তা ব্যাখ্যা করুন।
- বিভিন্ন প্রকার আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল (যেমন ডাইপোল-ডাইপোল আকর্ষণ, ভ্যান ডার ওয়ালস বল এবং হাইড্রোজেন বন্ধন) বর্ণনা করুন এবং যৌগের ভৌত ধর্মের (যেমন গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক) উপর এদের প্রভাব আলোচনা করুন।
- d-ব্লক মৌলসমূহের সাধারণ ধর্মাবলি, যেমন— পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা, রঙিন যৌগ গঠন, জটিল আয়ন গঠন এবং প্রভাবক হিসেবে ক্রিয়া, উপযুক্ত উদাহরণসহ ব্যাখ্যা করুন।
গুরুত্বপূর্ণ পারিভাষিক শব্দাবলী
| অবস্থান্তর মৌল | যে সব d-ব্লক মৌল এক বা একাধিক সুস্থিত আয়নে d-অরবিটাল আংশিক পূর্ণ (d¹⁻⁹) থাকে। |
| অরবিটাল সংকরণ | বিক্রিয়াকালে কোনো পরমাণুর যোজ্যতা স্তরের বিভিন্ন অরবিটালসমূহ পরস্পরের সাথে মিশ্রিত হয়ে সমশক্তির অভিন্ন অরবিটাল তৈরি করার প্রক্রিয়া। |
| আয়নীকরণ শক্তি | গ্যাসীয় অবস্থায় এক মোল পরমাণু থেকে এক মোল ইলেকট্রন অপসারণ করতে প্রয়োজনীয় শক্তি। |
| ইলেকট্রন আসক্তি | গ্যাসীয় অবস্থায় এক মোল পরমাণুতে এক মোল ইলেকট্রন যুক্ত করলে নির্গত শক্তি। |
| ক্ষার ধাতু | গ্রুপ 1 এর অন্তর্ভুক্ত মৌল যারা পানির সাথে তীব্রভাবে বিক্রিয়া করে ক্ষার তৈরি করে। |
| তড়িৎ ঋণাত্মকতা | সমযোজী বন্ধনে শেয়ারকৃত ইলেকট্রনকে নিজের দিকে আকর্ষণ করার ক্ষমতা। |
| ধাতব বন্ধন | ধাতব স্ফটিকে পারমাণবিক শাঁস ও সঞ্চারণশীল ইলেকট্রনের মধ্যকার আকর্ষণ বল। |
| পাই (π) বন্ধন | দুটি p-অরবিটালের পাশাপাশি অধিক্রমণের ফলে সৃষ্ট বন্ধন। |
| পোলারায়ন | ক্যাটায়ন দ্বারা অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘের বিকৃতি ঘটানোর প্রক্রিয়া। |
| ভ্যানডার ওয়ালস বল | অণুগুলোর মধ্যে বিদ্যমান দুর্বলতম আকর্ষণ বল। |
| মৃৎক্ষার ধাতু | গ্রুপ ২ এর মৌল, যাদের অক্সাইড ক্ষারধর্মী এবং মাটিতে যৌগ হিসেবে পাওয়া যায়। |
| সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন | যেখানে একটি পরমাণুই বন্ধনজোড় ইলেকট্রন সরবরাহ করে। |
| সিগমা (σ) বন্ধন | দুটি অরবিটালের সামনাসামনি অধিক্রমণের ফলে সৃষ্ট বন্ধন। |
| হাইড্রোজেন বন্ধন | H পরমাণু যখন F, O, বা N এর সাথে যুক্ত থাকে তখন সৃষ্ট শক্তিশালী আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল। |
| হ্যালোজেন | গ্রুপ 17 এর মৌল, যার অর্থ 'লবণ উৎপাদক'। |