ID#7133 HSC Chemistry 1st CQ (Dinajpur 2023)

ক) সম্পৃক্ত দ্রবণ কাকে বলে?

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট পরিমাণের কোনো দ্রাবকে সর্বোচ্চ যে পরিমাণ দ্রব দ্রবীভূত হতে পারে, ঠিক সেই পরিমাণ দ্রব দ্রবীভূত করে প্রস্তুতকৃত দ্রবণকে ওই তাপমাত্রায় উক্ত দ্রবের সম্পৃক্ত দ্রবণ বলে।

খ) সাম্যধ্রুবক $K_c$ এর মান শূন্য হয় না কেন?

যেকোনো উভমুখী রাসায়নিক বিক্রিয়ার সাম্যধ্রুবক $K_c$ হলো সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়াটির উৎপাদসমূহের সক্রিয় ভর বা মোলার ঘনমাত্রা এবং বিক্রিয়কসমূহের মোলার ঘনমাত্রার অনুপাত।
যেমন, একটি সাধারণ বিক্রিয়া $\text{A} \rightleftharpoons \text{B}$ এর ক্ষেত্রে, $K_c = \frac{[\text{B}]}{[\text{A}]}$।

$K_c$ এর মান শূন্য হতে হলে উৎপাদের সাম্য ঘনমাত্রা $[\text{B}]$ এর মান শূন্য হতে হবে, যা রাসায়নিক সাম্যাবস্থার নীতি বিরোধী। উভমুখী বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়ক ও উৎপাদ উভয় সত্তাই সর্বদাই পাত্রে উপস্থিত থাকে এবং কোনোটিরই ঘনমাত্রা কখনোই শূন্য হতে পারে না। যেহেতু লবের মান ($[\text{B}] \neq 0$) কখনো শূন্য হয় না, তাই নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় সাম্যধ্রুবক $K_c$ এর মান কখনো শূন্য হতে পারে না।

গ) উদ্দীপকের X এবং A এর হাইড্রাইড এর বন্ধন কোণ ভিন্ন হয়— ব্যাখ্যা করো।

উদ্দীপকের গ্রাফটি পর্যায় সারণির ২য় পর্যায়ের মৌলসমূহের পারমাণবিক সংখ্যার সাথে প্রথম আয়নীকরণ শক্তির পরিবর্তনের রেখা নির্দেশ করছে। প্রথম মৌলটি লিথিয়াম ($_{3}\text{Li}$) এবং শেষ মৌলটি নিয়ন ($_{10}\text{Ne}$)। এই ক্রমানুসারে বিন্দুসমূহ গণনা করে 'X' এবং 'A' মৌল দুটি শনাক্ত করি:
$\text{Li (3)}$, $\text{Be (4)}$, $\text{B (5)}$, $\text{C (6)}$, $\text{N (7)}$, $\text{O (8)}$, $\text{F (9)}$, $\text{Ne (10)}$
অতএব,
'X' মৌলটি হলো ২য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৫ এর মৌল নাইট্রোজেন ($_{7}\text{N}$)।
'A' মৌলটি হলো ২য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৬ এর মৌল অক্সিজেন ($_{8}\text{O}$)।

সুতরাং, X এর হাইড্রাইডটি হলো অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$) এবং A এর হাইড্রাইডটি হলো পানি ($\text{H}_2\text{O}$)।

উভয় অণুর কেন্দ্রীয় পরমাণুর সংকরণ এক হলেও এদের বন্ধন কোণ ভিন্ন হওয়ার কারণ নিচে VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) তত্ত্বের আলোকে ব্যাখ্যা করা হলো:

১. $\text{NH}_3$ অণুর বন্ধন কোণ ($107^\circ$):
$\text{NH}_3$ এর কেন্দ্রীয় পরমাণু $\text{N}$-এর যোজনী স্তরে ৫টি ইলেকট্রন থাকে। ৩টি হাইড্রোজেনের সাথে ৩টি বন্ধনজোড় (BP) গঠনের পর ১টি মুক্তজোড় (LP) ইলেকট্রন অবশিষ্ট থাকে। স্টেরিক সংখ্যা $= 3\text{BP} + 1\text{JS} = 4$ হওয়ায় নাইট্রোজেনে $sp^3$ সংকরণ ঘটে। $sp^3$ সংকরণের আদর্শ বন্ধন কোণ $109.5^\circ$ হলেও VSEPR তত্ত্বানুযায়ী মুক্তজোড়-বন্ধনজোড় ($\text{LP-BP}$) বিকর্ষণ বল, বন্ধনজোড়-বন্ধনজোড় ($\text{BP-BP}$) বিকর্ষণ বল অপেক্ষা তীব্র। এই মুক্তজোড়ের তীব্র নিম্নমুখী চাপের কারণে $\text{N}-\text{H}$ বন্ধনসমূহ সংকুচিত হয়ে বন্ধন কোণ $109.5^\circ$ থেকে হ্রাস পেয়ে $107^\circ$ হয় এবং অণুটির আকৃতি ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় হয়।

২. $\text{H}_2\text{O}$ অণুর বন্ধন কোণ ($104.5^\circ$):
$\text{H}_2\text{O}$ এর কেন্দ্রীয় পরমাণু $\text{O}$-এর যোজনী স্তরে ৬টি ইলেকট্রন থাকে। ২টি হাইড্রোজেনের সাথে ২টি বন্ধনজোড় (BP) গঠনের পর অক্সিজেনের মাথায় ২টি মুক্তজোড় (LP) ইলেকট্রন থাকে। এখানেও স্টেরিক সংখ্যা $= 2\text{BP} + 2\text{LP} = 4$ হওয়ায় অক্সিজেনেও $sp^3$ সংকরণ ঘটে। কিন্তু পানিতে ২টি মুক্তজোড় ইলেকট্রন থাকায় তাদের মধ্যে অত্যন্ত তীব্র মুক্তজোড়-মুক্তজোড় ($\text{LP-LP}$) বিকর্ষণ ঘটে। এই তীব্র বিকর্ষণের ফলে মুক্তজোড়গুলো প্রসারিত হয়ে পার্শ্ববর্তী বন্ধনজোড়গুলোকে আরও প্রচণ্ড শক্তিতে ভেতরের দিকে চেপে দেয়। ফলে পানির বন্ধন কোণ আরও বেশি সংকুচিত হয়ে $104.5^\circ$ এ নেমে আসে এবং অণুটির আকৃতি উল্টানো 'V' বা কৌণিক হয়।

উত্তর: অতএব, কেন্দ্রীয় পরমাণুতে মুক্তজোড় ইলেকট্রনের সংখ্যার তারতম্যের কারণে ($\text{NH}_3$ তে ১টি এবং $\text{H}_2\text{O}$ তে ২টি) এদের কেন্দ্রীয় পরমাণুর সংকরণ একই হওয়া সত্ত্বেও বন্ধন কোণ ভিন্ন হয়।





ঘ) উদ্দীপকের রেখাটি আদর্শ পর্যায়বৃত্ত ধর্ম প্রদর্শন করে না— যুক্তিসহ বিশ্লেষণ করো।

পর্যায় সারণির কোনো পর্যায়ের বাম থেকে ডানে অগ্রসর হলে মৌলসমূহের ধর্মের যে ক্রমান্বয়িক বা নিয়মিত পরিবর্তন ঘটে, তাকে আদর্শ পর্যায়বৃত্ত ধর্ম বলে। আয়নীকরণ শক্তির সাধারণ নিয়ম হলো— একই পর্যায়ের বাম থেকে ডানে পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে পরমাণুর ব্যাসার্ধ বা আকার হ্রাস পায়। আকার ছোট হওয়ায় নিউক্লিয়াসের প্রতি বহিঃস্থ ইলেকট্রনের আকর্ষণ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে প্রথম আয়নীকরণ শক্তির মান ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পাওয়ার কথা।

কিন্তু উদ্দীপকের গ্রাফটি লক্ষ্য করলে দেখা যায়, ২য় পর্যায়ের বাম থেকে ডানে যাওয়ার সময় রেখাটি সুষমভাবে সোজা ওপরের দিকে না উঠে দুটি সুনির্দিষ্ট বিন্দুতে নিচে নেমে এসেছে, অর্থাৎ হ্রাস পেয়েছে। নিচে এই ব্যতিক্রমী বা অনিয়মিত আচরণের মূল কারণ যুক্তিসহ বিশ্লেষণ করা হলো:

১. $\text{Be (4)}$ থেকে $\text{B (5)}$ বিন্দুতে আয়নীকরণ শক্তি হ্রাস পাওয়ার কারণ:
* $\text{Be}$ এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 2s^2$
* $\text{B}$ এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 2s^2 2p^1$
সাধারণ নিয়ম অনুযায়ী বোরনের ($\text{B}$) আয়নীকরণ শক্তি বেরিলিয়াম ($\text{Be}$) অপেক্ষা বেশি হওয়ার কথা ছিল। কিন্তু বেরিলিয়ামের সর্ববহিঃস্থ $2s$ উপশক্তিস্তরটি ইলেকট্রন দ্বারা সম্পূর্ণ পূর্ণ ($2s^2$) থাকায় এটি একটি অত্যন্ত সুস্থিত ও দৃঢ় কাঠামো। পক্ষান্তরে, বোরনের ক্ষেত্রে সর্বশেষ ইলেকট্রনটি উচ্চ শক্তির অপেক্ষাকৃত শিথিল $2p$ অরবিটালে প্রবেশ করে। পূর্ণ $2s$ স্তরটি নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি থাকায় তার থেকে ইলেকট্রন সরাতে যে শক্তি লাগে, বোরনের অসম ও দূরবর্তী $2p^1$ থেকে ইলেকট্রন সরাতে তার চেয়ে কম শক্তি লাগে। এই কারণে $\text{Be}$ এর চেয়ে $\text{B}$ এর আয়নীকরণ শক্তি হ্রাস পায় এবং গ্রাফে প্রথম পতন ঘটে।

২. $\text{X (N, 7)}$ থেকে $\text{A (O, 8)}$ বিন্দুতে আয়নীকরণ শক্তি হ্রাস পাওয়ার কারণ:
* $\text{X (N)}$ এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1$
* $\text{A (O)}$ এর ইলেকট্রন বিন্যাস: $1s^2 2s^2 2p_x^2 2p_y^1 2p_z^1$
কোয়ান্টাম বলবিদ্যার নিয়ম অনুযায়ী সমশক্তিসম্পন্ন অরবিটালসমূহ অর্ধপূর্ণ ($p^3$) বা সম্পূর্ণ পূর্ণ ($p^6$) থাকলে সেই কাঠামো অতিরিক্ত স্থায়িত্ব লাভ করে। নাইট্রোজেনের (X) যোজনী স্তরের $2p$ উপস্তরটি সুষমভাবে ঠিক অর্ধেক পূর্ণ ($2p^3$), যা অত্যন্ত সুস্থিত। কিন্তু অক্সিজেনের (A) বহিঃস্থ স্তরটি অর্ধপূর্ণ অপেক্ষা ১টি ইলেকট্রন বেশি ধারণ করায় ($2p^4$) এর স্থায়িত্ব নাইট্রোজেনের চেয়ে কম। তাছাড়া অক্সিজেনের $2p_x$ অরবিটালে ২টি ইলেকট্রন থাকায় তাদের পারস্পরিক স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণের কারণে একটি ইলেকট্রন সহজে অপসারিত হতে পারে। ফলে সুস্থিত অর্ধপূর্ণ কাঠামোর নাইট্রোজেন (X) থেকে ইলেকট্রন সরাতে অক্সিজেন (A) অপেক্ষা বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়। এই কারণে X থেকে A তে আয়নীকরণ শক্তি পুনরায় হ্রাস পায়।

উপসংহার:
সার্বিক আলোচনা থেকে প্রমাণিত হয় যে, পরমাণুর আকারের চেয়ে ইলেকত্রন বিন্যাসের বিশেষ সুস্থিতি (পূর্ণ ও অর্ধপূর্ণ অরবিটাল) বেশি প্রাধান্য পাওয়ায় আয়নীকরণ শক্তির মান ২য় পর্যায়ে ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি না পেয়ে বেরিলিয়াম-বোরন এবং নাইট্রোজেন-অক্সিজেন জোড়ায় ব্যতিক্রম সৃষ্টি করে। অতএব, উদ্দীপকের রেখাটি একটি সরল বা আদর্শ পর্যায়বৃত্ত ধর্ম প্রদর্শন করে না।