একটি নির্দিষ্ট পরমাণুতে যেকোনো দুটি ইলেকট্রনের চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান কখনো একই বা সমান হতে পারে না; অর্থাৎ তিনটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান একই হলেও চতুর্থ কোয়ান্টাম সংখ্যার মান অবশ্যই অসমান বা বিপরীত হবে।
খ) $_{15}\text{P}$ এর আয়নিকরণ শক্তি $_{16}\text{S}$ এর চেয়ে বেশি কেন? ব্যাখ্যা করো।
কোনো পরমাণুর আয়নিকরণ শক্তির মান তার সর্ববহিস্থ স্তরের ইলেকট্রন বিন্যাসের সুস্থিতির (Stability) ওপর গভীরভাবে নির্ভর করে। হুন্ডের নীতি অনুযায়ী, অর্ধপূর্ণ ($d^5, p^3$) বা সম্পূর্ণ পূর্ণ ($d^{10}, p^6$) অরবিটালসমূহ অন্য যেকোনো বিন্যাসের চেয়ে অনেক বেশি সুস্থিত হয়।
ফসফরাসের বহিস্থ $3p$ উপস্তরটি ৩টি সমশক্তিসম্পন্ন অরবিটালের প্রতিটিতে একটি করে ইলেকট্রন নিয়ে সুষমভাবে অর্ধপূর্ণ ($3p^3$) অবস্থায় থাকে, যা অত্যন্ত সুস্থিত। পক্ষান্তরে, সালফারের বহিস্থ $3p$ উপস্তরে ৪টি ইলেকট্রন থাকায় তা অর্ধপূর্ণ বা সম্পূর্ণ পূর্ণ কোনোটিই নয় এবং তুলনামূলকভাবে কম সুস্থিত।
ফসফরাসের এই উচ্চ সুস্থিত কাঠামো থেকে ১টি ইলেকট্রন অসীমে অপসারণ করতে যে পরিমাণ উচ্চ শক্তির প্রয়োজন হয়, সালফারের কম সুস্থিত কাঠামো থেকে ইলেকট্রন সরাতে তার চেয়ে কম শক্তির প্রয়োজন হয়। পর্যায়ভিত্তিক সাধারণ নিয়মে বাম থেকে ডানে আয়নিকরণ শক্তি বাড়ার কথা থাকলেও এই বিশেষ ইলেকট্রন বিন্যাসগত কারণে $_{15}\text{P}$ এর আয়নিকরণ শক্তি $_{16}\text{S}$ এর চেয়ে বেশি হয়।
গ) i নং পাত্রের দ্রবণের pH নির্ণয় করো।
উদ্দীপকের i নং পাত্রে $2\% \text{ (w/V) } \text{H}_2\text{SO}_4$ দ্রবণ দেওয়া আছে।
$\text{\pH}$ গণনার জন্য সর্বাগ্রে $\text{H}_2\text{O}$ দ্রবণের মোলার ঘনমাত্রা ($\text{M}$) নির্ণয় করতে হবে:
$2\% \text{ (w/V)}$ দ্রবণের অর্থ হলো— $100 \text{ mL}$ দ্রবণে দ্রবীভূত দ্রব্যের ভর $= 2 \text{ g}$।
এখন, $\text{\pH}$ এর গাণিতিক সমীকরণ থেকে পাই:
$\text{\pH} = -\log[\text{H}^+]$
$=> \text{\pH} = -\log(0.40816)$
$=> \text{\pH} = -(-0.38917)$
$=> \text{\pH} = 0.3892$
উত্তর: i নং পাত্রের দ্রবণের নির্ণেয় $\text{\pH}$ এর মান $0.39$।
ঘ) ii নং ও iii নং পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে সামান্য পরিমাণ i নং পাত্রের দ্রবণ যোগ করলে pH এর পরিবর্তন হবে কি না? বিশ্লেষণ করো।
উদ্দীপকের ii নং পাত্রে রয়েছে $40 \text{ mL } 0.08 \text{ M } \text{KOH}$ (তীব্র ক্ষার) এবং iii নং পাত্রে রয়েছে $60 \text{ mL } 0.06 \text{ M } \text{CH}_3\text{COOH}$ (মৃদু অম্ল)। i নং পাত্রের দ্রবণটি হলো তীব্র অম্ল $\text{H}_2\text{SO}_4$।
সর্বাগ্রে ii নং ও iii নং পাত্র মিশ্রিত করলে তাদের মধ্যে সংঘটিত প্রশমন বিক্রিয়াটি বিশ্লেষণ করে মিশ্রণের প্রকৃতি নির্ধারণ করতে হবে:
সমীকরণ অনুযায়ী, $1 \text{ mol } \text{CH}_3\text{COOH}$ বিক্রিয়া করে $1 \text{ mol } \text{KOH}$ এর সাথে।
যেহেতু ক্ষার $\text{KOH}$ এর মোল সংখ্যা কম ($0.0032 \text{ mol}$), তাই এটি সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত হয়ে যাবে।
* উৎপন্ন লবণ $\text{CH}_3\text{COOK}$ এর মোল সংখ্যা $= 0.0032 \text{ mol}$
* পাত্রে অবশিষ্ট অবিয়োজিত মৃদু অম্ল $\text{CH}_3\text{COOH}$ এর মোল সংখ্যা $= 0.0036 - 0.0032 = 0.0004 \text{ mol}$
যেহেতু বিক্রিয়া শেষে মিশ্রণে মৃদু অম্ল ($\text{CH}_3\text{COOH}$) এবং তার সবল ক্ষারের লবণ ($\text{CH}_3\text{COOK}$) একসাথে উপস্থিত থাকে, সেহেতু এই মিশ্রণটি একটি অত্যন্ত কার্যকরী অম্লীয় বাফার দ্রবণ (Acidic Buffer Solution) হিসেবে কাজ করবে।
এই বাফার মিশ্রণে যখন i নং পাত্র থেকে সামান্য পরিমাণ তীব্র অ্যাসিড $\text{H}_2\text{SO}_4$ যোগ করা হয়, তখন অ্যাসিড থেকে প্রচুর পরিমাণে বাহ্যিক হাইড্রোজেন আয়ন ($\text{H}^+$) মিশ্রণে প্রবেশ করে।
বাহ্যিক এই অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়ন বাফারের কোনো ক্ষতি করার আগেই, লবণের বিয়োজন থেকে প্রাপ্ত দ্রবণে বিদ্যমান বিপুল পরিমাণ অ্যাসিটেট আয়ন ($\text{CH}_3\text{COO}^-$) দ্রুত সেই অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়নকে তীব্রভাবে গ্রহণ করে অত্যন্ত মৃদু এবং অবিয়োজিত ইথানয়িক অ্যাসিড অণুতে রূপান্তরিত করে ফেলে:
$$\text{CH}_3\text{COO}^- (aq) \text{ [বাফার হতে]} + \text{H}^+ (aq) \text{ [বাহ্যিক অ্যাসিড হতে]} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} (aq) \text{ [অবিয়োজিত অণু]}$$
ইথানয়িক অ্যাসিড অত্যন্ত দুর্বল হওয়ায় তা সহজে ভেঙে নতুন করে আয়ন তৈরি করে না। ফলে মিশ্রণে বাহ্যিকভাবে মুক্ত $\text{H}^+$ আয়নের ঘনমাত্রার কোনো বাস্তব পরিবর্তন বা বৃদ্ধি ঘটে না।
<\div style="\text-align: center; margin: 20px 0;">
সার্বিক বিশ্লেষণ ও সিদ্ধান্ত:
যেহেতু ii নং ও iii নং পাত্রের মিশ্রণটি একটি স্বয়ংসম্পূর্ণ অম্লীয় বাফার দ্রবণ প্রস্তুত করে, সেহেতু এতে সামান্য পরিমাণ তীব্র অম্ল i নং পাত্রের দ্রবণ যোগ করলেও বাফারের স্বয়ংক্রিয় প্রতিস্থাপন মেকানিজমের কারণে দ্রবণের মুক্ত হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা অটুট থাকে। অতএব, মিশ্রিত দ্রবণের pH এর কোনো উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হবে না।