রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাসের ক্ষেত্রে ইলেকট্রন প্রথমে সর্বনিম্ন শক্তিস্তরের অরবিটালে প্রবেশ করে এবং ক্রমান্বয়ে উচ্চ শক্তিস্তরের অরবিটালে গমন করে—এটিকে আউফবাউ নীতি বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   কোনো অরবিটালের অস্তিত্ব নির্ভর করে তার প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা (n) এবং সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যার (l) মানের ওপর। সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যার মান l = 0 হতে (n - 1) পর্যন্ত হতে পারে।
   2d অরবিটালের ক্ষেত্রে প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা n = 2। ফলে l-এর সম্ভাব্য মানগুলো হলো 0 এবং 1 (যা যথাক্রমে 2s ও 2p নির্দেশ করে)। d অরবিটালের জন্য l = 2 প্রয়োজন। কিন্তু n = 2 হলে l = 2 হওয়া অসম্ভব। তাই 2d অরবিটাল সম্ভব নয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের গ্রাফ অনুসারে, পারমাণবিক সংখ্যা ৭ বিশিষ্ট C মৌলটি হলো নাইট্রোজেন (N) এবং পারমাণবিক সংখ্যা ৮ বিশিষ্ট D মৌলটি হলো অক্সিজেন (O)। এদের সাধারণ হাইড্রাইডসমূহ যথাক্রমে অ্যামোনিয়া ($NH_3$) এবং পানি ($H_2O$)।

   উভয় যৌগের কেন্দ্রীয় পরমাণুতে $sp^3$ সংকরায়ন ঘটে। তাত্ত্বিকভাবে $sp^3$ সংকরায়নের ফলে চতুস্তলকীয় জ্যামিতিক গঠন এবং বন্ধন কোণ $109.5^\circ$ হওয়ার কথা। কিন্তু মুক্তজোড় ইলেকট্রনের উপস্থিতির কারণে এদের গঠনে ভিন্নতা দেখা যায়:

   ১. $NH_3$-এর গঠন: নাইট্রোজেনের যোজ্যতা স্তরে ৫টি ইলেকট্রন থাকে, যার ৩টি হাইড্রোজেনের সাথে ৩টি বন্ধনজোড় (bp) গঠন করে এবং ১টি মুক্তজোড় (lp) হিসেবে থাকে। VSEPR তত্ত্ব অনুসারে, মুক্তজোড়-বন্ধনজোড় বিকর্ষণ বন্ধনজোড়-বন্ধনজোড় বিকর্ষণের চেয়ে শক্তিশালী ($lp-bp > bp-bp$)। ফলে N-H বন্ধনগুলো কিছুটা সংকুচিত হয়ে বন্ধন কোণ $107^\circ$ এ নেমে আসে এবং যৌগটির আকৃতি ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় হয়।

   ২. $H_2O$-এর গঠন: অক্সিজেনের যোজ্যতা স্তরে ৬টি ইলেকট্রন থাকে, যার ২টি হাইড্রোজেনের সাথে ২টি বন্ধনজোড় এবং বাকি ৪টি ইলেকট্রন ২টি মুক্তজোড় গঠন করে। VSEPR তত্ত্ব অনুসারে, এখানে শক্তিশালী মুক্তজোড়-মুক্তজোড় বিকর্ষণ ($lp-lp > lp-bp > bp-bp$) কার্যকর হয়। ২টি মুক্তজোড়ের প্রবল বিকর্ষণের কারণে বন্ধন কোণ আরও হ্রাস পেয়ে $104.5^\circ$ হয় এবং পানির আকৃতি উল্টানো 'V' আকৃতির বা কৌণিক হয়।

   সুতরাং, মুক্তজোড় ইলেকট্রন সংখ্যার ভিন্নতা এবং VSEPR তত্ত্বীয় বিকর্ষণের তারতম্যের কারণেই $NH_3$ ও $H_2O$-এর গঠনে ভিন্নতা দেখা যায়।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের গ্রাফটিতে দ্বিতীয় পর্যায়ের মৌলসমূহের পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে প্রথম আয়নিকরণ শক্তির পরিবর্তন দেখানো হয়েছে। এখানে চিহ্নিত মৌলগুলো হলো: A = Be (পারমাণবিক সংখ্যা ৪), B = B (পারমাণবিক সংখ্যা ৫), C = N (পারমাণবিক সংখ্যা ৭), D = O (পারমাণবিক সংখ্যা ৮) এবং E = Ne (পারমাণবিক সংখ্যা ১০)।

   পর্যায়বৃত্ত ধর্ম অনুযায়ী, একই পর্যায়ের বাম থেকে ডানে গেলে নিউক্লিয়ার চার্জ বৃদ্ধি পায় এবং পারমাণবিক ব্যাসার্ধ হ্রাস পায়। ফলে সর্ববহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রনের প্রতি নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বৃদ্ধি পাওয়ায় আয়নিকরণ শক্তির মান ক্রমান্বয়ে সরলরৈখিকভাবে বৃদ্ধি পাওয়ার কথা ছিল। কিন্তু ইলেকট্রন বিন্যাসের স্থিতিশীলতার কারণে গ্রাফটি সম্পূর্ণ সরলরৈখিক না হয়ে দুটি স্থানে বিচ্যুতি প্রদর্শন করে:

   ১. A (Be) এবং B (B) এর ক্ষেত্রে বিচ্যুতি:

   • $Be(4)$-এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 \, 2s^2$
   • $B(5)$-এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 \, 2s^2 \, 2p^1$
     বেরিলিয়ামের সর্ববহিঃস্থ $2s$ অরবিটালটি সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ থাকায় এটি বেশ স্থিতিশীল। অপরপক্ষে বোরনের যোজ্যতা স্তরের ইলেকট্রনটি অপূর্ণ $2p$ অরবিটালে থাকে, যা থেকে ইলেকট্রন অপসারণ করা তুলনামূলকভাবে সহজ। ফলে পারমাণবিক সংখ্যা বেশি হওয়া সত্ত্বেও বোরনের আয়নিকরণ শক্তি বেরিলিয়ামের চেয়ে কম হয়।

   ২. C (N) এবং D (O) এর ক্ষেত্রে বিচ্যুতি:

   • $N(7)$-এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 \, 2s^2 \, 2p_x^1 \, 2p_y^1 \, 2p_z^1$
   • $O(8)$-এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 \, 2s^2 \, 2p_x^2 \, 2p_y^1 \, 2p_z^1$
     হুন্ডের নিয়ম অনুযায়ী অর্ধপূর্ণ অরবিটাল অধিক স্থিতিশীল। নাইট্রোজেনের $2p$ উপস্তরটি সুষম ও অর্ধপূর্ণ ($2p^3$) থাকায় এটি অধিক স্থিতিশীল। পক্ষান্তরে অক্সিজেনের $2p$ উপস্তরে ৪টি ইলেকট্রন থাকায় এবং $2p_x$ অরবিটালে ২টি ইলেকট্রন যুগলবদ্ধ অবস্থায় থাকায় তাদের মধ্যে ইলেকট্রন-ইলেকট্রন বিকর্ষণ ঘটে। ফলে অক্সিজেন থেকে একটি ইলেকট্রন সহজে অপসারণ করা যায়। তাই অক্সিজেনের আয়নিকরণ শক্তি নাইট্রোজেনের তুলনায় কম হয়।

   সুতরাং, পূর্ণ ও অর্ধপূর্ণ অরবিটালের বিশেষ স্থিতিশীলতার কারণেই আয়নিকরণ শক্তি পারমাণবিক সংখ্যার সাথে সরলরৈখিকভাবে পরিবর্তিত না হয়ে ওঠানামা করে।