ID#7107 HSC Chemistry 1st CQ (Rajshahi 2023)

ক) পোলারায়ন কাকে বলে?
কোনো আয়নিক যৌগের ক্যাটায়ন কর্তৃক অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘ নিজের দিকে আকৃষ্ট হয়ে বিকৃত হওয়ার প্রক্রিয়াকে পোলারায়ন বলে।

খ) উভমুখী বিক্রিয়া একটি অসম্পূর্ণ বিক্রিয়া ব্যাখ্যা করো।
উভমুখী বিক্রিয়া একই সাথে সম্মুখ ও পশ্চাৎ—উভয় দিকে সংঘটিত হয়। বিক্রিয়ার শুরুতে সম্মুখ বিক্রিয়ার হার বেশি থাকে এবং সময়ের সাথে সাথে তা কমতে থাকে, অন্যদিকে পশ্চাৎ বিক্রিয়ার হার শূন্য থেকে ধীরে ধীরে বাড়তে থাকে। একটি পর্যায়ে উভয় বিক্রিয়ার হার সমান হয়ে রাসায়নিক সাম্যাবস্থার সৃষ্টি হয়। যেহেতু সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়ক ও উৎপাদ উভয়ই একই সাথে বিক্রিয়া পাত্রে উপস্থিত থাকে এবং কোনোটিই সম্পূর্ণরূপে নিঃশেষ হয় না, তাই উভমুখী বিক্রিয়া কখনো শেষ হয় না অর্থাৎ এটি একটি অসম্পূর্ণ বিক্রিয়া।

গ) AB অপেক্ষা $A_2D$ এর স্ফুটনাঙ্ক বেশি কেন?
উদ্দীপকের পর্যায় সারণি ও মৌলগুলোর অবস্থান বিশ্লেষণ করলে দেখা যায়:
A হলো ১ম পর্যায়ের ১ নং শ্রেণির মৌল, অর্থাৎ হাইড্রোজেন ($H$)।
B হলো ২য় পর্যায়ের ১৭ নং শ্রেণির মৌল, অর্থাৎ ফ্লোরিন ($F$)।
D হলো ২য় পর্যায়ের ১৬ নং শ্রেণির মৌল, অর্থাৎ অক্সিজেন ($O$)।

অতএব, AB যৌগটি হলো হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড ($HF$) এবং $A_2D$ যৌগটি হলো পানি ($H_2O$)।

$HF$ এবং $H_2O$ উভয় যৌগের অণুতেই তীব্র তড়িতাত্মক মৌল ($F$ ও $O$) এর সাথে হাইড্রোজেন যুক্ত থাকায় এদের মধ্যে আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হয়। তবে $HF$ অপেক্ষা $H_2O$ এর স্ফুটনাঙ্ক বেশি হওয়ার গাণিতিক ও কাঠামোগত ব্যাখ্যা নিচে দেওয়া হলো:

১. $HF$ অণুতে একটি $H$ পরমাণু এবং একটি $F$ পরমাণু থাকে। ফ্লোরিনের তড়িতাত্মকতা বেশি হলেও প্রতিটি $HF$ অণু গড়ে মাত্র ২টি হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি করতে পারে।
২. অন্যদিকে, $H_2O$ অণুতে ১টি অক্সিজেন পরমাণুর সাথে ২টি হাইড্রোজেন পরমাণু যুক্ত থাকে এবং অক্সিজেনের ওপর ২টি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন যুগল থাকে। ফলে প্রতিটি পানির অণু চারদিকের অন্য ৪টি পানির অণুর সাথে সর্বমোট ৪টি হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি করে একটি ত্রিমাত্রিক জালিকা গঠন করে।

$HF$ এর হাইড্রোজেন বন্ধন শক্তি ($29\text{ kJ/mol}$) পানির হাইড্রোজেন বন্ধন শক্তি ($21\text{ kJ/mol}$) অপেক্ষা বেশি হওয়া সত্ত্বেও প্রতি অণুতে বন্ধনের সংখ্যার আধিক্যের কারণে পানির সামগ্রিক আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল অত্যন্ত সুদৃঢ় হয়।

নিচে পানির ত্রিমাত্রিক হাইড্রোজেন বন্ধন জালিকা এবং $HF$ এর রৈখিক বন্ধন বিন্যাস চিত্রের মাধ্যমে দেখানো হলো:



H₂O এর হাইড্রোজেন বন্ধন (১টি অণু ৪টি বন্ধন গঠন করে)



O




H



H




H



H



O



O


HF এর জিজ-জ্যাগ শিকল বন্ধন

H

F



H

F


পানির এই জটিল ত্রিমাত্রিক জালিকা ভাঙার জন্য অনেক বেশি তাপশক্তির প্রয়োজন হয়। এই কারণেই $HF$ এর স্ফুটনাঙ্ক ($19.5^\circ\text{C}$) অপেক্ষা পানির ($A_2D$) স্ফুটনাঙ্ক ($100^\circ\text{C}$) অনেক বেশি হয়।

ঘ) উদ্দীপকের 'X' ও 'Y' এর সংকরণে ভিন্নতা বিদ্যমান ব্যাখ্যা করো।
উদ্দীপকের পর্যায় সারণি অনুসারে:
X হলো ২য় পর্যায়ের ১৩ নং শ্রেণির মৌল, অর্থাৎ বোরন ($B$)।
Y হলো ২য় পর্যায়ের ১৫ নং শ্রেণির মৌল, অর্থাৎ নাইট্রোজেন ($N$)।
A হলো হাইড্রোজেন ($H$) এবং B হলো ফ্লোরিন ($F$)।

উদ্দীপকের জ্যামিতিক চিত্রে কেন্দ্রীয় কাঠামোটি হলো একটি সন্নিবেশ সমযোজী যৌগ, যা $BF_3$ (অর্থাৎ $XB_3$) এবং $NH_3$ (অর্থাৎ $YA_3$) এর সমন্বয়ে গঠিত $HF_3B\leftarrow NH_3$ বা $B_3X\leftarrow YA_3$ জটিল যৌগ। এখানে মুক্ত অবস্থায় 'X' ($BF_3$) এবং 'Y' ($NH_3$) এর সংকরণ সম্পূর্ণ ভিন্ন। নিচে এদের সংকরণের ভিন্নতার বিস্তারিত কারণ ব্যাখ্যা করা হলো:

১. 'X' বা বোরন ($B$) এর সংকরণ ($BF_3$ অণুতে):
বোরনের সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: $B(5) = 1s^2\ 2s^2\ 2p_x^1\ 2p_y^0\ 2p_z^0$
উত্তেজিত অবস্থায় ইলেকট্রন বিন্যাস: $B^* = 1s^2\ 2s^1\ 2p_x^1\ 2p_y^1\ 2p_z^0$

যোজ্যতা স্তরের এই ১টি $s$ এবং ২টি $p$ অরবিটাল মিশ্রিত হয়ে ৩টি সমশক্তি সম্পন্ন $sp^2$ সংকরণ অরবিটাল তৈরি করে।
সংকরণ সংখ্যা নির্ণয়ের সূত্রানুসারে:
$H = \frac{1}{2}(V + M - C + A)$
$\Rightarrow H = \frac{1}{2}(3 + 3 - 0 + 0)$
$\Rightarrow H = 3 \rightarrow (sp^2 \text{ সংকরণ})$

যেহেতু বোরনের যোজনী স্তরে কোনো নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন যুগল (Lone Pair) নেই, তাই $BF_3$ অণুর আকৃতি হয় সমতলীয় ত্রিকোণাকার এবং বন্ধন কোণ হয় $120^\circ$।

২. 'Y' বা নাইট্রোজেন ($N$) এর সংকরণ ($NH_3$ অণুতে):
নাইট্রোজেনের সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: $N(7) = 1s^2\ 2s^2\ 2p_x^1\ 2p_y^1\ 2p_z^1$

যোজ্যতা স্তরের ১টি $s$ এবং ৩টি $p$ অরবিটাল মিশ্রিত হয়ে মোট ৪টি $sp^3$ সংকরণ অরবিটাল তৈরি করে।
সংকরণ সংখ্যা নির্ণয়ের সূত্রানুসারে:
$H = \frac{1}{2}(5 + 3 - 0 + 0)$
$\Rightarrow H = \frac{1}{2}(8)$
$\Rightarrow H = 4 \rightarrow (sp^3 \text{ সংকরণ})$

এখানে ৪টি হাইব্রিড অরবিটালের মধ্যে ১টি অরবিটালে এক জোড়া নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন ($2s^2$) থাকে এবং বাকি ৩টি অরবিটাল একক ইলেকট্রন দ্বারা হাইড্রোজেনের সাথে ৩টি $\sigma$ বন্ধন গঠন করে। VSEPR তত্ত্ব অনুযায়ী, নিঃসঙ্গ জোড়-বন্ধন জোড় ($LP-BP$) বিকর্ষণ বল বন্ধন জোড়-বন্ধন জোড় ($BP-BP$) বিকর্ষণ বল অপেক্ষা তীব্র হওয়ায় অণুর আকৃতি সুষম চতুষ্তলকীয় না হয়ে ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় হয় এবং বন্ধন কোণ $109.5^\circ$ থেকে হ্রাস পেয়ে $107^\circ$ হয়।

নিচে $BF_3$ ($sp^2$) এবং $NH_3$ ($sp^3$) এর সংকরণ ও অরবিটাল চিত্র দেখানো হলো:




BF₃ (X) এর sp² সংকরণ

B



F


F


F

আকৃতি: সমতলীয় ত্রিকোণাকার
কোণ: 120°




NH₃ (Y) এর sp³ সংকরণ

N





Lone Pair



H


H


H

আকৃতি: ত্রিকোণাকার পিরামিডীয়
কোণ: 107°



পরিশেষে বলা যায়, $XB_3$ বা $BF_3$ অণুর কেন্দ্রীয় বোরন পরমাণু ৩টি সিগমা বন্ধন গঠন করায় এটি $sp^2$ সংকরিত, অন্যদিকে $YA_3$ বা $NH_3$ এর কেন্দ্রীয় নাইট্রোজেন পরমাণু ৩টি সিগমা বন্ধন ও ১টি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন যুগল ধারণ করায় এটি $sp^3$ সংকরিত। উদ্দীপকের জটিল যৌগ গঠনে নাইট্রোজেন তার এই নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন যুগল বোরনের ফাঁকা $2p_z$ অরবিটালে দান করে সন্নিবেশ বন্ধন তৈরি করে। সুতরাং, 'X' ও 'Y' মৌল দুটির সংকরণ প্রকৃতি সম্পূর্ণ ভিন্ন।