রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যেসব রাসায়নিক পদার্থ খাদ্যদ্রব্যে যোগ করলে ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক বা অন্যান্য অণুজীবের আক্রমণ এবং জারণজনিত কারণে খাদ্যের পচন রোধ হয় এবং খাদ্যের গুণাগুণ ও পুষ্টিমান অক্ষুণ্ণ থাকে, তাদেরকে প্রিজারভেটিভস বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   সোডিয়ামের (Na) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$।

   সোডিয়াম পরমাণু তার সর্ববহিস্থ স্তরের একটি ইলেকট্রন সহজেই ত্যাগ করে স্থিতিশীল নিষ্ক্রিয় গ্যাস নিয়নের ইলেকট্রন বিন্যাস ($1s^2 2s^2 2p^6$) লাভ করে এবং $\text{Na}^+$ আয়নে পরিণত হয়। ফলে সোডিয়ামের প্রথম আয়নায়ন শক্তির মান তুলনামূলকভাবে বেশ কম (496 kJ/mol)।

   কিন্তু $\text{Na}^+$ আয়ন থেকে দ্বিতীয় একটি ইলেকট্রন অপসারণ করতে হলে স্থিতিশীল অষ্টকপূর্ণ দ্বিতীয় শক্তিস্তর থেকে ইলেকট্রন সরাতে হয়। এর জন্য অত্যন্ত উচ্চ শক্তির (দ্বিতীয় আয়নায়ন শক্তি প্রায় 4562 kJ/mol) প্রয়োজন হয়, যা সাধারণ রাসায়নিক বিক্রিয়া থেকে পাওয়া সম্ভব নয়। তাই $\text{Na}^+$ গঠিত হলেও $\text{Na}^{2+}$ গঠিত হয় না।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের পর্যায় সারণির অবস্থান লক্ষ্য করলে দেখা যায়:

   • X হলো ১ম পর্যায়ের গ্রুপ-IA এর মৌল, অর্থাৎ হাইড্রোজেন (H)।
   • R হলো ২য় পর্যায়ের গ্রুপ-VIA এর মৌল, অর্থাৎ অক্সিজেন (O)।
   • M হলো ৩য় পর্যায়ের গ্রুপ-VIA এর মৌল, অর্থাৎ সালফার (S)।

   অতএব, $X_2M$ যৌগটি হলো হাইড্রোজেন সালফাইড ($\text{H}_2\text{S}$) এবং $X_2R$ যৌগটি হলো পানি ($\text{H}_2\text{O}$)। সাধারণ তাপমাত্রায় $\text{H}_2\text{O}$ তরল অথচ $\text{H}_2\text{S}$ গ্যাসীয়।

   ভৌত অবস্থার এই ভিন্নতার প্রধান কারণ হলো আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন:
   ১. অক্সিজেন (O) এর আকার ছোট এবং এর তড়িৎ ঋণাত্মকতা অনেক বেশি (৩.৫)। ফলে $\text{H}_2\text{O}$ অণুতে $\text{O}-\text{H}$ বন্ধনের ইলেকট্রন মেঘ অক্সিজেনের দিকে তীব্রভাবে আকর্ষিত হয়ে অণুতে উচ্চ পোলারিটি সৃষ্টি করে। এর ফলে পানির অণুগুলোর মধ্যে শক্তিশালী আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হয় এবং অণুগুলো পরস্পরের খুব কাছাকাছি এসে সংবদ্ধ অবস্থায় থাকে। তাই কক্ষ তাপমাত্রায় পানি তরল।
   ২. অপরদিকে, সালফার (S) এর পারমাণবিক আকার অক্সিজেনের চেয়ে বড় এবং এর তড়িৎ ঋণাত্মকতা (২.৫) কম। সালফার ও হাইড্রোজেনের তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য খুব কম হওয়ায় $\text{H}_2\text{S}$ অণুগুলোর মধ্যে কোনো হাইড্রোজেন বন্ধন সৃষ্টি হতে পারে না। $\text{H}_2\text{S}$ অণুগুলোর মাঝে কেবল অতি দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বল কাজ করে। ফলে অণুগুলো পরস্পর থেকে দূরে অবস্থান করে এবং কক্ষ তাপমাত্রায় গ্যাসীয় অবস্থায় থাকে।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুযায়ী:

   • X = হাইড্রোজেন (H)
   • Y = ২য় পর্যায়ের IVA গ্রুপের মৌল, অর্থাৎ কার্বন (C)
   • Z = ২য় পর্যায়ের VA গ্রুপের মৌল, অর্থাৎ নাইট্রোজেন (N)

   অতএব, $YX_4$ যৌগটি হলো মিথেন ($\text{CH}_4$) এবং $ZX_3$ যৌগটি হলো অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$)।

   সংকরণ বিবেচনা:

   • $\text{CH}_4$-এ কেন্দ্রীয় পরমাণু কার্বনের ইলেকট্রন বিন্যাস: $\text{C}^*(6) = 1s^2 2s^1 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1$। এখানে একটি $2s$ এবং তিনটি $2p$ অরবিটালের মিশ্রণে চারটি সমতুল্য $sp^3$ সংকর অরবিটাল তৈরি হয়।
   • $\text{NH}_3$-এ কেন্দ্রীয় পরমাণু নাইট্রোজেনের ইলেকট্রন বিন্যাস: $\text{N}(7) = 1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1$। এখানেও একটি $2s$ ও তিনটি $2p$ অরবিটালের মিলনে চারটি $sp^3$ সংকর অরবিটাল সৃষ্টি হয়।

   অতএব, $\text{CH}_4$ ও $\text{NH}_3$ উভয়ের কেন্দ্রীয় পরমাণুর সংকরণ $sp^3$।

   জ্যামিতিক গঠনের ভিন্নতার কারণ:
   যৌগ দুটির কেন্দ্রীয় পরমাণুতে একই সংকরণ ($sp^3$) থাকা সত্ত্বেও VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) তত্ত্ব অনুসারে এদের জ্যামিতিক গঠন ভিন্ন হয়।
   ১. $\text{CH}_4$ অণুতে কার্বনের চারটি সংকর অরবিটালের প্রতিটি একটি করে হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে চারটি সমযোজী সিগমা বন্ধন ($ext{C}- ext{H}$) গঠন করে। এতে ৪টি-ই বন্ধনজোড় (Bond Pair) ইলেকট্রন এবং কোনো মুক্তজোড় (Lone Pair) ইলেকট্রন থাকে না। বন্ধনজোড়-বন্ধনজোড় বিকর্ষণ সুষম হওয়ায় এর জ্যামিতিক গঠন নিখুঁত চতুস্তলকীয় (Tetrahedral) হয় এবং বন্ধন কোণ $109.5^\circ$ হয়।
   ২. অন্যদিকে, $\text{NH}_3$ অণুতে নাইট্রোজেনের চারটি $sp^3$ সংকর অরবিটালের মধ্যে ৩টি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে তিনটি বন্ধনজোড় (bp) গঠন করে এবং অবশিষ্ট একটি সংকর অরবিটালে এক জোড়া মুক্তজোড় (lp) ইলেকট্রন থেকে যায়। VSEPR তত্ত্ব অনুযায়ী, বিকর্ষণ শক্তির ক্রম হলো: মুক্তজোড়-বন্ধনজোড় (lp-bp) বিকর্ষণ > বন্ধনজোড়-বন্ধনজোড় (bp-bp) বিকর্ষণ। ফলে এই মুক্তজোড় ইলেকট্রন বন্ধনজোড়গুলোকে নিচের দিকে ঠেলে দেয়, যার কারণে বন্ধন কোণ হ্রাস পেয়ে $107^\circ$ হয়ে যায় এবং এর জ্যামিতিক গঠন চতুস্তলকীয় না হয়ে ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় (Trigonal Pyramidal) রূপ নেয়।

   সুতরাং, কেন্দ্রীয় পরমাণুর সংকরণ একই হওয়া সত্ত্বেও মুক্তজোড় ইলেকট্রনের উপস্থিতির কারণে $\text{CH}_4$ ও $\text{NH}_3$ এর জ্যামিতিক গঠন ভিন্ন হয়।