ID#7132 HSC Chemistry 1st CQ (Dinajpur 2023)

ক) গ্রিন কেমিস্ট্রি কাকে বলে?

রাসায়নিক দ্রব্যের উৎপাদন ও ব্যবহারের ক্ষেত্রে পরিবেশের দূষণ রোধ এবং মানবস্বাস্থ্যের জন্য ক্ষতিকর বা ঝুঁকিপূর্ণ পদার্থের ব্যবহার ও উৎপাদন যথাসম্ভব হ্রাস বা বর্জন করার বিশেষ রাসায়নিক কৌশলকে গ্রিন কেমিস্ট্রি বা সবুজ রসায়ন বলে।

খ) UV রশ্মির সাহায্যে কীভাবে জাল টাকা শনাক্ত করা হয়?

আসল ব্যাংক নোটে সুরক্ষামূলক উপাদান হিসেবে ফসফর (Phosphor) নামক বিশেষ এক ধরনের রাসায়নিক পদার্থের প্রলেপ দিয়ে একটি অদৃশ্য সিকিউরিটি থ্রেড বা লোগো যুক্ত করা থাকে। স্বাভাবিক আলোতে এই প্রলেপটি চোখে দেখা যায় না।

যখন আসল নোটের ওপর নির্দিষ্ট তরঙ্গের অতিবেগুনি বা UV রশ্মি আপতিত করা হয়, তখন সুরক্ষামূলক ফসফর পরমাণুর ইলেকট্রনসমূহ সেই উচ্চ শক্তির UV রশ্মি শোষণ করে উচ্চতর শক্তিস্তরে উন্নীত হয়। পরবর্তীতে এই উত্তেজিত ইলেকট্রনগুলো যখন পুনরায় পূর্বের নিম্ন শক্তিস্তরে ফিরে আসে, তখন শোষিত শক্তিকে দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য হিসেবে বিকিরণ করে। ফলে নোটের সিকিউরিটি থ্রেডটি উজ্জ্বল রঙিন আলোতে প্রতিপ্রভা (Fluorescence) সৃষ্টি করে দৃশ্যমান হয়ে ওঠে। জাল টাকায় এই বিশেষ ফসফর প্রলেপ না থাকায় কোনো আলো বিকিরিত হয় না। এভাবেই UV রশ্মির সাহায্যে অত্যন্ত নিখুঁতভাবে জাল টাকা শনাক্ত করা যায়।

গ) উদ্দীপকের X অপেক্ষা A মৌলের অক্সাইড তীব্র অম্লধর্মী হবে— ব্যাখ্যা করো।

উদ্দীপকের ছকের প্রতীকী মৌলসমূহের পর্যায়ভিত্তিক সম্পর্ক স্থাপনের জন্য একটি যৌক্তিক মান $n = 2$ ধরে মৌলসমূহ শনাক্ত করি:
* Q এর যোজনী শেল: $2s^2 2p^1 \rightarrow$ এটি ২য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৩ এর মৌল বোরন ($_{5}\text{B}$)।
* X এর যোজনী শেল: $(2+1)s^2 (2+1)p^3 = 3s^2 3p^3 \rightarrow$ এটি ৩য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৫ এর মৌল ফসফরাস ($_{15}\text{P}$)।
* A এর যোজনী শেল: $(2+1)s^2 (2+1)p^5 = 3s^2 3p^5 \rightarrow$ এটি ৩য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৭ এর মৌল ক্লোরিন ($_{17}\text{Cl}$)।

অধাতব অক্সাইডসমূহের অম্লীয় তীব্রতা প্রধানত দুটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে:
১. কেন্দ্রীয় অধাতব পরমাণুর জারণ সংখ্যা।
২. কেন্দ্রীয় পরমাণুর আকার ও তড়িৎ ঋণাত্মকতা।

মৌল X ($\text{P}$) এবং A ($\text{Cl}$) এর সর্বোচ্চ জারণ অবস্থার দুটি সাধারণ অক্সাইড যথাক্রমে ফসফরাস পেন্টাক্সাইড ($\text{P}_2\text{O}_5$) এবং ডাইক্লোরিন হেপ্টাক্সাইড ($\text{Cl}_2\text{O}_7$)। নিচে এদের অম্লীয় তীব্রতার পার্থক্যের কারণ বিশ্লেষণ করা হলো:

১. কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ সংখ্যার প্রভাব:
* $\text{P}_2\text{O}_5$ অক্সাইডে ফসফরাসের জারণ সংখ্যা:
$2x + 5(-2) = 0 => 2x = +10 => x = +5$
* $\text{Cl}_2\text{O}_7$ অক্সাইডে ক্লোরিনের জারণ সংখ্যা:
$2x + 7(-2) = 0 => 2x = +14 => x = +7$
রাসায়নিক নিয়ম অনুযায়ী, ভিন্ন ভিন্ন মৌলের অক্সাইডের মধ্যে যেটির কেন্দ্রীয় পরমাণুর ধনাত্মক জারণ সংখ্যা যত বেশি হয়, তার পোলারন ক্ষমতা ও আধান ঘনত্ব তত বৃদ্ধি পায়। উচ্চ জারণ সংখ্যার কারণে কেন্দ্রীয় পরমাণুটি বন্ধনের ইলেকট্রনকে তীব্রভাবে নিজের দিকে টানে, যা পানির সাথে বিক্রিয়াকালে $\text{O}-\text{H}$ বন্ধন ভাঙতে এবং সহজে প্রোটন ($\text{H}^+$) মুক্ত করতে সাহায্য করে। যেহেতু ক্লোরিনের জারণ সংখ্যা ($+7$) ফসফরাস ($+5$) অপেক্ষা বেশি, তাই এর অক্সাইড তীব্র অম্লধর্মী।

২. পানির সাথে বিক্রিয়ার মাধ্যমে তুলনা:
উভয় অক্সাইড পানিতে দ্রবীভূত হয়ে যথাক্রমে অর্থোফসফরিক অ্যাসিড ও পারক্লোরিক অ্যাসিড গঠন করে:
$\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4 \text{ (মৃদু অম্ল)}$
$\text{Cl}_2\text{O}_7 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{HCLO}_4 \text{ (তীব্র খনিজ অম্ল)}$
আমরা জানি, পারক্লোরিক অ্যাসিড ($\text{HClO}_4$) একটি অত্যন্ত শক্তিশালী খনিজ অম্ল, যা জলীয় দ্রবণে ১০০% বিয়োজিত হয়ে প্রোটন দান করে। পক্ষান্তরে ফসফরিক অ্যাসিড একটি মৃদু অম্ল।

উত্তর: অতএব, উচ্চ জারণ সংখ্যা ($+7$) এবং অধিক তড়িৎ ঋণাত্মকতার কারণে উদ্দীপকের X ($\text{P}$) অপেক্ষা A ($\text{Cl}$) মৌলের অক্সাইড ($\text{Cl}_2\text{O}_7$) তীব্র অম্লধর্মী হবে।

---

ঘ) $\text{QA}_3$ এবং $\text{XA}_3$ যৌগ গঠনের সম্ভাব্যতা যুক্তিসহ আলোচনা করো।

'গ' হতে প্রাপ্ত তথ্যানুযায়ী, মৌলসমূহ হলো: $\text{Q} = $ বোরন ($\text{B}$), $\text{X} = $ ফসফরাস ($\text{P}$) এবং $\text{A} = $ ক্লোরিন ($\text{Cl}$)।
অতএব, $\text{QA}_3$ যৌগটি হলো বোরন ট্রাইক্লোরাইড ($\text{BCl}_3$) এবং $\text{XA}_3$ যৌগটি হলো ফসফরাস ট্রাইক্লোরাইড ($\text{PCl}_3$)।

নিচে পরমাণুসমূহের ইলেকট্রন বিন্যাস, যোজনী স্তরের অবস্থা এবং অরবিটাল সংকরণের আলোকে যৌগ দুটির গঠনের সম্ভাব্যতা ও স্থায়িত্ব যুক্তিসহ আলোচনা করা হলো:

১. $\text{QA}_3$ ($\text{BCl}_3$) যৌগ গঠনের সম্ভাব্যতা বিশ্লেষণ:
বোরনের স্বাভাবিক অবস্থার ইলেকট্রন বিন্যাস: $_{5}\text{B} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p^x^1 2p_y^0 2p_z^0$
উত্তেজিত অবস্থায় বোরনের ইলেকট্রন বিন্যাস: $\text{B}^* \rightarrow 1s^2 2s^1 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^0$

* সংকরণ ও বন্ধন গঠন: উত্তেজিত অবস্থায় বোরনের যোজনী শেলের ৩টি অরবিটালে ১টি করে মোট ৩টি বেজোড় ইলেকট্রন থাকে। এই অবস্থায় বোরন পরমাণুর যোজ্যতা স্তরে ১টি $2s$ ও ২টি $2p$ অরবিটালের মিশ্রণে $sp^2$ সংকরণ ঘটে। এই সমশক্তিসম্পন্ন ৩টি সংকর অরবিটালের প্রতিটির সাথে ৩টি ক্লোরিন পরমাণুর বহিঃস্থ স্তরের অসংকরিত $3p_z$ অরবিটাল মুখোমুখি অতিপায়নের মাধ্যমে ৩টি সিগমা ($\sigma$) বন্ধন গঠন করে $\text{BCl}_3$ অণু তৈরি করে।
* সম্ভাব্যতা ও অষ্টক সংকোচন: বোরন ট্রাইক্লোরাইড যৌগটি গঠনগতভাবে সম্পূর্ণ সম্ভব এবং সুস্থিত। তবে যৌগটি গঠনের পর বোরনের বহিঃস্থ স্তরে মোট ইলেকট্রন সংখ্যা হয় ৩ জোড়া বা ৬টি। অর্থাৎ, যৌগটিতে কেন্দ্রীয় পরমাণুর অষ্টক সংকোচন (Octet deficit) ঘটে। অষ্টক অপূর্ণ থাকায় অণুতে ১টি ফাঁকা $2p_z$ অরবিটাল অবশিষ্ট থাকে, যার কারণে $\text{BCl}_3$ একটি লুই অ্যাসিড হিসেবে চমৎকারভাবে অস্তিত্বশীল থাকে।

২. $\text{XA}_3$ ($\text{PCl}_3$) যৌগ গঠনের সম্ভাব্যতা বিশ্লেষণ:
ফসফরাসের স্বাভাবিক অবস্থার ইলেকট্রন বিন্যাস: $_{15}\text{P} \rightarrow [Ne] 3s^2 3p_x^1 3p_y^1 3p_z^1$

* সংকরণ ও বন্ধন গঠন: স্বাভাবিক অবস্থাতেই ফসফরাসের যোজনী স্তরের $3p$ উপস্তরে ৩টি একক বেজোড় ইলেকট্রন বিদ্যমান থাকে। যৌগ গঠনকালে ফসফরাসের যোজ্যতা স্তরের ১টি $3s$ এবং ৩টি $3p$ অরবিটালের পারস্পরিক মিশ্রণে $sp^3$ সংকরণ ঘটে। উৎপন্ন ৪টি সংকর অরবিটালের মধ্যে ১টি অরবিটাল $3s$ এর জোড়াবদ্ধ ইলেকট্রন দ্বারা পূর্ণ থাকে যা মুক্তজোড় (Lone pair) হিসেবে কাজ করে। বাকি ৩টি সংকর অরবিটালের বেজোড় ইলেকট্রনসমূহ ৩টি ক্লোরিন পরমাণুর $3p_z$ অরবিটালের সাথে মুখোমুখি উপরিপাতনের মাধ্যমে ৩টি $\text{P}-\text{Cl}$ সিগমা ($\sigma$) বন্ধন গঠন করে $\text{PCl}_3$ অণু তৈরি করে।
* সম্ভাব্যতা ও অষ্টক পূরণ: ফসফরাস ট্রাইক্লোরাইড যৌগটি প্রকৃতিতে অত্যন্ত সুস্থিত ও তরল পদার্থ হিসেবে পাওয়া যায়। যৌগটি গঠনের পর ফসফরাসের বহিঃস্থ স্তরে ৩টি বন্ধনজোড় এবং ১টি মুক্তজোড়সহ মোট ৮টি ইলেকট্রন পূর্ণ হয়। অর্থাৎ, এই যৌগ গঠনে ফসফরাস পরমাণু নিখুঁতভাবে অষ্টক নিয়ম (Octet rule) অনুসরন করে।

উপসংহার:
সার্বিক আলোচনার ভিত্তিতে বলা যায় যে, যোজনী শেলের বেজোড় ইলেকট্রন সংখ্যা এবং সংকরিত অরবিটালের মুখোমুখি অতিপায়নের সক্ষমতা সুনির্দিষ্ট থাকায় $\text{QA}_3$ ($\text{BCl}_3$) এবং $\text{XA}_3$ ($\text{PCl}_3$) উভয় যৌগ গঠনই গাণিতিক ও রাসায়নিকভাবে সম্পূর্ণরূপে সম্ভব।