ID#7101 HSC Chemistry 1st CQ (Sylhet 2023)

ক) P-ব্লক মৌল কাকে বলে?

যেসব মৌলের পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাসে সর্ববহিঃস্থ স্তরের সর্বশেষ ইলেকট্রনটি p-অরবিটালে প্রবেশ করে, তাদেরকে p-ব্লক মৌল বলে। পর্যায় সারণির গ্রুপ ১৩ থেকে ১৮ পর্যন্ত মোট ৩৬টি মৌল এই ব্লকের অন্তর্ভুক্ত।

খ) $\text{SnO}$ একটি উভধর্মী অক্সাইড কেন?

যেসব অক্সাইড অ্যাসিড ও ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে লবণ ও পানি উৎপন্ন করে, তাদেরকে উভধর্মী অক্সাইড বলে। টিন অক্সাইড ($\text{SnO}$) একটি উভধর্মী অক্সাইড কারণ এটি রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অম্লীয় ও ক্ষারীয় উভয় ধর্মই প্রদর্শন করে।

১. অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া (ক্ষারীয় আচরণ): তীব্র হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডের ($\text{HCl}$) সাথে বিক্রিয়া করে এটি টিন ক্লোরাইড লবণ ও পানি উৎপন্ন করে।
$\text{SnO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{SnCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$

২. ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া (অম্লীয় আচরণ): তীব্র সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($\text{NaOH}$) ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে এটি সোডিয়াম স্ট্যানাইট লবণ ও পানি উৎপন্ন করে।
$\text{SnO} + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SnO}_2 + \text{H}_2\text{O}$

উভয়ধর্মী বিক্রিয়া প্রদর্শন করার কারণেই $\text{SnO}$ একটি উভধর্মী অক্সাইড।

গ) উদ্দীপকের 'A' মৌল দ্বারা গঠিত একটি জটিল যৌগের গঠন ব্যাখ্যা করো।

উদ্দীপক অনুসারে, মৌল দুটি ৪র্থ পর্যায়ের। সুতরাং প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা $n = 4$।
তাহলে 'A' মৌলটির বহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রন বিন্যাস: $(4 - 1)d^{10} 4s^1 = 3d^{10} 4s^1$
মৌলটির মোট ইলেকট্রন সংখ্যা $29$, অর্থাৎ মৌলটি হলো কপার ($_{29}\text{Cu}$)।

কপার দ্বারা গঠিত একটি সুপরিচিত জটিল আয়ন হলো টেট্রাঅ্যামিন কপার(II) আয়ন, $[\text{Cu(NH}_3)_4]^{2+}$। নিচে এর গঠন প্রক্রিয়া সংকরণের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা হলো:

১. কেন্দ্রীয় আয়নের ইলেকট্রন বিন্যাস:
$[\text{Cu(NH}_3)_4]^{2+}$ জটিল আয়নে কপার $+2$ জারণ অবস্থায় থাকে।
$\text{Cu} (29) \rightarrow [Ar] 3d^{10} 4s^1$
$\text{Cu}^{2+} \rightarrow [Ar] 3d^9 4s^0 4p^0$

$\text{Cu}^{2+}$ আয়নের $3d$ উপস্তরে ৯টি ইলেকট্রন থাকে, যার অর্থ একটি অরবিটালে ১টি অয়ুগ্ম (বিজোড়) ইলেকট্রন বিদ্যমান:
$\text{Cu}^{2+} \text{ (স্বাভাবিক)} \rightarrow$

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑

$\quad$ $\quad$

২. সংকরণ প্রক্রিয়া ($dsp^2$):
যখন ৪টি শক্তিশালী মনোদেনটেট লিগ্যান্ড $\text{NH}_3$ এই আয়নের কাছাকাছি আসে, তখন এক্স-রে স্ফটিকোগ্রাফি ও আধুনিক মতবাদ অনুযায়ী, $3d$ অরবিটালের শেষ বিজোড় ইলেকট্রনটি উচ্চ শক্তিস্তরের $4p_z$ অরবিটালে স্থানান্তরিত হয়। ফলে একটি $3d$ অরবিটাল খালি হয়ে যায়।
এরপর খালি হওয়া একটি $3d$, একটি $4s$ এবং দুটি $4p$ অরবিটাল পরস্পরের সাথে মিশ্রিত হয়ে সমশক্তি সম্পন্ন চারটি $dsp^2$ সংকর অরবিটাল গঠন করে:
$\text{Cu}^{2+} \text{ (সংকরিত)} \rightarrow$

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

$\quad$ $\quad$

↑

[ধূসর চিহ্নিত ৪টি অরবিটাল $dsp^2$ সংকরিত]

৩. সন্নিবেশ বন্ধন ও জ্যামিতিক আকৃতি:
চারটি $\text{NH}_3$ লিগ্যান্ড অণু তাদের একাকী ইলেকট্রন যুগল কপার আয়নের এই খালি ৪টি $dsp^2$ সংকর অরবিটালে দান করে ৪টি সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন গঠন করে:
$[\text{Cu(NH}_3)_4]^{2+} \rightarrow$

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

××

$\quad$

××

$\quad$

××

××

↑

[×× = লিগ্যান্ডের মুক্তজোড় ইলেকট্রন]

$dsp^2$ সংকরণের জ্যামিতিক নিয়ম অনুযায়ী, উৎপন্ন $[\text{Cu(NH}_3)_4]^{2+}$ জটিল আয়নটির আকৃতি সমতলীয় বর্গাকার (Square Planar) হয় এবং এর কেন্দ্রে কপার আয়ন অবস্থান করে চার কোণায় ৪টি লিগ্যান্ড বিন্যস্ত থাকে।

ঘ) উদ্দীপকের 'A' মৌলটি রঙিন যৌগ গঠন করলেও 'B' মৌলটি গঠন করে না কেন? বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকের ৪র্থ পর্যায়ের মৌল দুটির ইলেকট্রন বিন্যাস বিশ্লেষণ করে পাই:
'A' মৌল ($n = 4$): $3d^{10} 4s^1 \rightarrow$ কপার ($_{29}\text{Cu}$)
'B' মৌল ($n = 4$): $(4 - 1)d^1 4s^2 = 3d^1 4s^2 \rightarrow$ স্ক্যান্ডিয়াম ($_{21}\text{Sc}$)

অবস্থান্তর ধাতুর প্রধান বৈশিষ্ট্য হলো এরা রঙিন আয়ন বা যৌগ গঠন করে। যেসব d-ব্লক মৌলের অন্তত একটি সুস্থিত আয়নে d-উপস্তরটি আংশিকভাবে পূর্ণ (অর্থাৎ $d^1$ থেকে $d^9$) থাকে, তাদেরকে অবস্থান্তর মৌল বলে। স্ফটিক ক্ষেত্র তত্ত্ব (Crystal Field Theory) অনুযায়ী d-কক্ষক আংশিক পূর্ণ থাকলে d-d ইলেকট্রন ধাপান্তরের মাধ্যমে রঙিন যৌগ গঠিত হয়।

১. 'A' মৌল (কপার) এর রঙিন যৌগ গঠনের কারণ:
কপারের সবচেয়ে সাধারণ ও সুস্থিত আয়ন হলো $\text{Cu}^{2+}$।
$\text{Cu}^{2+} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^9$
এখানে কপার আয়নের d-অরবিটালটি আংশিক পূর্ণ ($3d^9$)। যখন এই আয়নের সাথে লিগ্যান্ড যুক্ত হয়ে যৌগ বা জটিল আয়ন গঠন করে, তখন লিগ্যান্ডের ইলেকট্রন মেঘের বিকর্ষণে সমশক্তি সম্পন্ন (Degenerate) পাঁচটি d-অরবিটাল বিভক্ত হয়ে দুটি ভিন্ন শক্তির স্তরে (Eg এবং T2g) পরিণত হয়, একে নন-ডিজেনারেট (Non-degenerate) অবস্থা বা স্ফটিক ক্ষেত্র বিভাজন বলে।

এই স্তরের শক্তির পার্থক্য ($\Delta E$) দৃশ্যমান আলোর শক্তির সীমার মধ্যে পড়ে। $\text{Cu}^{2+}$ এর আংশিক পূর্ণ d-অরবিটালের ইলেকট্রন দৃশ্যমান আলো থেকে নির্দিষ্ট তরঙ্গের (যেমন লাল-হলুদ) আলো শোষণ করে নিম্ন d-স্তর থেকে উচ্চ d-স্তরে স্থানান্তরিত হয় (d-d ধাপান্তর)। শোষিত আলোর পরিপূরক বর্ণ হিসেবে দ্রবণটি গাঢ় নীল বর্ণের দেখায়। তাই 'A' রঙিন যৌগ গঠন করে।

২. 'B' মৌল (স্ক্যান্ডিয়াম) এর রঙিন যৌগ গঠন না করার কারণ:
স্ক্যান্ডিয়ামের একমাত্র সুস্থিত আয়ন হলো $\text{Sc}^{3+}$।
$\text{Sc}^{3+} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^0$
ইলেকট্রন বিন্যাস হতে দেখা যায়, $\text{Sc}^{3+}$ আয়নের $3d$ উপশক্তিস্তরে কোনো ইলেকট্রনই নেই ($3d^0$), অর্থাৎ এটি সম্পূর্ণ খালি।

যেহেতু d-অরবিটালটি সম্পূর্ণ ইলেকট্রনবিহীন, তাই লিগ্যান্ডের প্রভাবে d-অরবিটালের বিভাজন ঘটলেও সেখানে ইলেকট্রনের কোনো d-d ধাপান্তর ঘটা সম্ভব নয়। ইলেকট্রন ধাপান্তর না হওয়ায় এটি দৃশ্যমান আলো থেকে কোনো আলোকরশ্মি শোষণ করতে পারে না। ফলে আপতিত আলো সম্পূর্ণ প্রতিফলিত বা প্রতিসরিত হয়ে বেরিয়ে আসে। এই কারণে স্ক্যান্ডিয়ামের ($\text{Sc}^{3+}$) সমস্ত যৌগ বর্ণহীন বা সাদা হয়।

উপসংহার:
অতএব, আংশিক পূর্ণ d-অরবিটালের ($3d^9$) উপস্থিতির কারণে 'A' (কপার) d-d ইলেকট্রন ধাপান্তরের মাধ্যমে রঙিন যৌগ গঠন করে; কিন্তু সুস্থিত আয়নে d-অরবিটাল সম্পূর্ণ খালি ($3d^0$) থাকায় 'B' (স্ক্যান্ডিয়াম) কোনো রঙিন যৌগ গঠন করতে পারে না।