Allotropes and element physical properties
মৌলের রূপভেদ ও ভৌত ধর্ম
একই মৌল ভিন্ন ভিন্ন গঠনে সাজতে পারলে সেই রূপগুলোকে বলা হয় রূপভেদ, আর গঠন আলাদা হওয়ায় তাদের ভৌত ধর্মও সম্পূর্ণ আলাদা হয়ে যায়। কার্বনের সবচেয়ে পরিচিত উদাহরণ — হীরায় প্রতিটি কার্বন চারটি প্রতিবেশীর সঙ্গে ত্রিমাত্রিক জালিতে বাঁধা, তাই এটি অত্যন্ত কঠিন ও বিদ্যুৎ অপরিবাহী; গ্রাফাইটে কার্বন স্তরে স্তরে সাজানো এবং প্রতিটি কার্বনের একটি ইলেকট্রন মুক্ত থাকে, তাই এটি পিচ্ছিল ও বিদ্যুৎ পরিবাহী। রাসায়নিক ধর্ম দুটির একই, কারণ মৌল একই।
রূপভেদ = একই মৌলের ভিন্ন গঠনগত রূপ, একই ভৌত অবস্থায়
কার্বনের রূপভেদ: হীরা, গ্রাফাইট, ফুলারিন, গ্রাফিন
হীরায় প্রতিটি কার্বন sp³, ত্রিমাত্রিক জালি, ঘনক কেলাস কাঠামো, বিদ্যুৎ অপরিবাহী
গ্রাফাইটে প্রতিটি কার্বন sp², স্তরায়িত গঠন, মুক্ত ইলেকট্রন, বিদ্যুৎ পরিবাহী
অক্সিজেনের রূপভেদ O₂ ও O₃; ফসফরাসের সাদা, লাল ও কালো
রূপভেদের রাসায়নিক ধর্ম অভিন্ন, ভৌত ধর্ম ভিন্ন
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
রূপভেদের রাসায়নিক ধর্ম এক, ভৌত ধর্ম আলাদা — প্রশ্নে কোনটি জিজ্ঞাসা করা হয়েছে পড়ো।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·রূপভেদ ও সমাণু গুলিয়ে ফেলা — রূপভেদ মৌলের, সমাণুতা যৌগের
- ·গ্রাফাইটকে অপরিবাহী ধরা — মুক্ত ইলেকট্রনের কারণে এটি পরিবাহী
- ·রূপভেদের রাসায়নিক ধর্ম আলাদা ভাবা
Atomic number, mass number and counting subatomic particles
পারমাণবিক সংখ্যা, ভরসংখ্যা ও কণা গণনা
পারমাণবিক সংখ্যা হলো নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা, আর এটিই মৌলের পরিচয় — প্রোটন সংখ্যা বদলে গেলে মৌলই বদলে যায়। ভরসংখ্যা হলো প্রোটন ও নিউট্রনের যোগফল, কারণ ইলেকট্রনের ভর এত কম যে হিসাবে ধরা হয় না। তাই নিউট্রনের সংখ্যা পেতে ভরসংখ্যা থেকে পারমাণবিক সংখ্যা বাদ দিলেই চলে। প্রতীক লেখার সময় ভরসংখ্যা বসে উপরে বাঁয়ে আর পারমাণবিক সংখ্যা নিচে বাঁয়ে — এই অবস্থান মনে রাখলে সংখ্যা দুটি গুলিয়ে যায় না।
পারমাণবিক সংখ্যা Z = প্রোটন সংখ্যা = নিরপেক্ষ পরমাণুতে ইলেকট্রন সংখ্যা
ভরসংখ্যা A = প্রোটন + নিউট্রন
নিউট্রন সংখ্যা = A − Z
প্রতীক লেখার রীতি: ভরসংখ্যা উপরে বাঁয়ে, পারমাণবিক সংখ্যা নিচে বাঁয়ে
মৌলের পরিচয় ঠিক করে কেবল প্রোটন সংখ্যা
ইলেকট্রনের ভর প্রোটনের প্রায় ১/১৮৩৬ ভাগ, তাই ভরসংখ্যায় ধরা হয় না
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
মৌল চেনা যায় কেবল প্রোটন সংখ্যায় — ভরসংখ্যা বদলালে আইসোটোপ, মৌল নয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·ভরসংখ্যায় ইলেকট্রন যোগ করা — ইলেকট্রনের ভর নগণ্য
- ·পারমাণবিক সংখ্যা ও ভরসংখ্যার অবস্থান উল্টে পড়া
- ·নিউট্রন সংখ্যাকে মৌলের পরিচায়ক ধরা
Atomic radius and how it changes across the table
পারমাণবিক ব্যাসার্ধ ও তার পরিবর্তন
একটি পর্যায়ে বাঁ থেকে ডানে গেলে প্রতিটি ধাপে নিউক্লিয়াসে একটি প্রোটন যোগ হয়, কিন্তু নতুন ইলেকট্রনটি একই কক্ষে ঢোকে। ফলে নিউক্লিয়াসের টান বাড়ে অথচ কক্ষের সংখ্যা বাড়ে না, তাই ইলেকট্রন মেঘ ভিতরের দিকে গুটিয়ে আসে এবং ব্যাসার্ধ কমে। গ্রুপে উপর থেকে নিচে নামলে নতুন কক্ষ যুক্ত হয় এবং ভিতরের ইলেকট্রনগুলো বাইরের ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের টান থেকে আড়াল করে, তাই ব্যাসার্ধ বাড়ে। আয়নের ক্ষেত্রে নিয়মটি সরল — ধনাত্মক আয়ন মূল পরমাণুর চেয়ে ছোট, ঋণাত্মক আয়ন বড়।
পর্যায়ে বাঁ থেকে ডানে: পারমাণবিক ব্যাসার্ধ কমে (কার্যকর নিউক্লিয় আধান বাড়ে)
গ্রুপে উপর থেকে নিচে: ব্যাসার্ধ বাড়ে (নতুন কক্ষ ও আড়াল প্রভাব)
ধনাত্মক আয়ন মূল পরমাণুর চেয়ে ছোট — ইলেকট্রন কমে, টান বাড়ে
ঋণাত্মক আয়ন মূল পরমাণুর চেয়ে বড় — ইলেকট্রন বাড়ে, বিকর্ষণ বাড়ে
সমইলেকট্রনীয় প্রজাতিতে প্রোটন যত বেশি, আকার তত ছোট
নিষ্ক্রিয় গ্যাসের ব্যাসার্ধ ভ্যান ডার ওয়ালস ব্যাসার্ধ হিসেবে মাপা হয়, তাই প্রতিবেশীর চেয়ে বড় দেখায়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
সমইলেকট্রনীয় আয়নের ক্রম সাজাতে প্রোটন সংখ্যা গোনো — প্রোটন বেশি মানে আকার ছোট।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·পর্যায়ে ডানে গেলে ব্যাসার্ধ বাড়ে ভাবা — পরমাণুর ভর বাড়ছে বলে এই ভুলটা হয়, কিন্তু আকার কমে
- ·ধনাত্মক আয়নকে বড় ধরা
- ·নিষ্ক্রিয় গ্যাসের বড় ব্যাসার্ধকে প্রবণতার ব্যতিক্রম ভাবা — মাপার পদ্ধতিই আলাদা
Counting electrons and writing configurations for ions
আয়নের ইলেকট্রন সংখ্যা ও বিন্যাস
নিরপেক্ষ পরমাণুতে ইলেকট্রন সংখ্যা প্রোটন সংখ্যার সমান, কিন্তু আয়নে তা নয় — ধনাত্মক আয়নে ইলেকট্রন কম, ঋণাত্মক আয়নে বেশি। সোডিয়াম পরমাণুতে এগারোটি ইলেকট্রন, কিন্তু Na⁺ আয়নে দশটি। একটি সূক্ষ্ম জায়গা আছে যেখানে বেশিরভাগ ভুল হয়: অবস্থান্তর ধাতুর আয়ন তৈরি হওয়ার সময় ইলেকট্রন আগে 4s থেকে বেরোয়, 3d থেকে নয় — যদিও ভরার সময় 4s আগে ভরেছিল। তাই Fe²⁺-এর বিন্যাস [Ar]3d⁶, [Ar]3d⁴4s² নয়।
ধনাত্মক আয়নে ইলেকট্রন = প্রোটন সংখ্যা − আধান; ঋণাত্মক আয়নে = প্রোটন সংখ্যা + আধান
Na (Z=11) → Na⁺-এ ১০টি ইলেকট্রন, নিয়ন-সদৃশ বিন্যাস
Cl (Z=17) → Cl⁻-এ ১৮টি ইলেকট্রন, আর্গন-সদৃশ বিন্যাস
অবস্থান্তর ধাতুতে ইলেকট্রন বেরোয় আগে 4s থেকে, তারপর 3d থেকে
Fe²⁺ = [Ar]3d⁶; Fe³⁺ = [Ar]3d⁵ (অর্ধপূর্ণ, তাই বেশি স্থিতিশীল)
সমইলেকট্রনীয় (isoelectronic) প্রজাতিতে ইলেকট্রন সংখ্যা এক কিন্তু আধান আলাদা
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
অবস্থান্তর ধাতুর আয়নে 4s আগে খালি হয় — ভরার ক্রম আর খালি হওয়ার ক্রম এক নয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·আয়নেও প্রোটনের সমান ইলেকট্রন ধরা — আধানই তো ইলেকট্রনের ঘাটতি বা বাড়তি
- ·Fe²⁺-কে [Ar]3d⁴4s² লেখা — ইলেকট্রন 3d থেকে নয়, 4s থেকে বেরোয়
- ·ধনাত্মক আয়নে ইলেকট্রন বেড়েছে ভাবা
The three rules that decide electron configuration
ইলেকট্রন বিন্যাসের নীতিমালা
ইলেকট্রন কোন অরবিটালে বসবে তা তিনটি নিয়ম মিলে ঠিক করে। আউফবাউ নীতি বলে, কম শক্তির অরবিটাল আগে ভরে — আর শক্তির ক্রম বের করতে প্রধান ও সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যার যোগফল দেখা হয়, যোগফল সমান হলে যার প্রধান সংখ্যা ছোট সে আগে। পাউলির বর্জন নীতি বলে, একটি অরবিটালে সর্বাধিক দুটি ইলেকট্রন এবং তাদের ঘূর্ণন বিপরীত হতে হবে। হুন্ডের নিয়ম বলে, সমশক্তির অরবিটালগুলোতে আগে প্রতিটিতে একটি করে ইলেকট্রন বসে, জোড়া বাঁধা শুরু হয় তারপর।
আউফবাউ নীতি: কম শক্তির অরবিটাল আগে পূর্ণ হয়; শক্তিক্রম (n+l) নিয়মে
(n+l) সমান হলে ছোট n-এর অরবিটাল আগে — তাই 4s ভরে 3d-এর আগে
পাউলির বর্জন নীতি: একই পরমাণুতে চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যা একসঙ্গে দুটি ইলেকট্রনের এক হতে পারে না
হুন্ডের নিয়ম: সমশক্তির অরবিটালে আগে একক ইলেকট্রন, পরে জোড়া
অর্ধপূর্ণ ও পূর্ণ উপকক্ষ অতিরিক্ত স্থিতিশীল — তাই Cr ও Cu-এর বিন্যাস ব্যতিক্রমী
Cr: [Ar]3d⁵4s¹, Cu: [Ar]3d¹⁰4s¹ — 3d⁴4s² বা 3d⁹4s² নয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
ক্রোমিয়াম ও কপারের ব্যতিক্রমী বিন্যাস আলাদা করে মনে রাখো — এরাই সবচেয়ে বেশি জিজ্ঞাসিত হয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·3d ভরার পর 4s ভরা ধরা — শক্তিক্রমে 4s আগে
- ·Cr-কে [Ar]3d⁴4s² লেখা — অর্ধপূর্ণ 3d⁵-এর স্থিতিশীলতা উপেক্ষা করা
- ·হুন্ডের নিয়ম ভুলে সমশক্তির অরবিটালে আগেই জোড়া বাঁধিয়ে দেওয়া
Ionisation energy — definition and what makes it low or high
আয়নীকরণ শক্তি
গ্যাসীয় অবস্থায় একটি বিচ্ছিন্ন পরমাণু থেকে সবচেয়ে আলগাভাবে আটকে থাকা ইলেকট্রনটি সরাতে যে ন্যূনতম শক্তি লাগে তাকে বলে প্রথম আয়নীকরণ শক্তি। ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াস থেকে যত দূরে এবং যত বেশি আড়ালে থাকে, তাকে সরানো তত সহজ। তাই গ্রুপে নিচে নামলে আয়নীকরণ শক্তি কমে, আর পর্যায়ে ডানে গেলে বাড়ে। সবচেয়ে কম আয়নীকরণ শক্তি থাকে সবচেয়ে বড় ক্ষার ধাতুর — সিজিয়ামের, কারণ তার বাইরের ইলেকট্রনটি সবচেয়ে দূরে ও সবচেয়ে বেশি আড়ালে।
সংজ্ঞা: গ্যাসীয় বিচ্ছিন্ন পরমাণু থেকে একটি ইলেকট্রন অপসারণে প্রয়োজনীয় ন্যূনতম শক্তি
সংজ্ঞায় 'গ্যাসীয়' ও 'বিচ্ছিন্ন' শব্দ দুটি আবশ্যক
গ্রুপে নিচে নামলে কমে; পর্যায়ে ডানে গেলে সাধারণভাবে বাড়ে
সবচেয়ে কম আয়নীকরণ শক্তি সিজিয়ামের (স্থায়ী মৌলগুলোর মধ্যে)
নিষ্ক্রিয় গ্যাসের আয়নীকরণ শক্তি সর্বোচ্চ — পূর্ণ ইলেকট্রন কক্ষ
দ্বিতীয় আয়নীকরণ শক্তি সবসময় প্রথমটির চেয়ে বেশি; ক্ষার ধাতুতে লাফটি বিশেষভাবে বড়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
'সর্বনিম্ন আয়নীকরণ শক্তি কার' — সবচেয়ে নিচের ও বাঁ দিকের মৌলটি খোঁজো, সাধারণত সিজিয়াম।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·সংজ্ঞায় গ্যাসীয় অবস্থার শর্ত বাদ দেওয়া
- ·ক্ষার ধাতুর আয়নীকরণ শক্তি বেশি ভাবা — এরা সবচেয়ে সহজে ইলেকট্রন ছাড়ে
- ·দ্বিতীয় আয়নীকরণ শক্তিকে প্রথমটির চেয়ে কম ধরা
Isotopes, isobars and isotones — telling the three apart
আইসোটোপ, আইসোবার ও আইসোটোন
তিনটি শব্দই কাছাকাছি শোনায়, আর প্রতিটি একটি করে সংখ্যা সমান রাখে। আইসোটোপে প্রোটন সংখ্যা সমান, নিউট্রন আলাদা — অর্থাৎ একই মৌলের ভিন্ন রূপ, রাসায়নিক ধর্ম এক। আইসোবারে ভরসংখ্যা সমান কিন্তু প্রোটন আলাদা, তাই এরা ভিন্ন মৌল। আইসোটোনে নিউট্রন সংখ্যা সমান, প্রোটন ও ভরসংখ্যা দুটোই আলাদা। মনে রাখার একটি সহজ সুতো আছে — 'টোপ'-এ প্রোটন, 'বার'-এ ভরসংখ্যা, 'টোন'-এ নিউট্রন সমান।
আইসোটোপ: প্রোটন সংখ্যা এক, নিউট্রন ভিন্ন (¹H, ²H, ³H)
আইসোবার: ভরসংখ্যা এক, প্রোটন ভিন্ন (⁴⁰Ar, ⁴⁰K, ⁴⁰Ca)
আইসোটোন: নিউট্রন সংখ্যা এক, প্রোটন ভিন্ন (¹⁴C ও ¹⁶O — দুটিতেই ৮টি নিউট্রন)
আইসোটোপের রাসায়নিক ধর্ম অভিন্ন, ভৌত ধর্ম সামান্য আলাদা
অক্সিজেনের আইসোটোপ ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O
মনো-আইসোটোপিক মৌল: প্রকৃতিতে যার একটিমাত্র স্থায়ী আইসোটোপ আছে, যেমন ফ্লোরিন, সোডিয়াম, ফসফরাস
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
নিউক্লিয়াসের কোন সংখ্যাটি সমান রাখা হয়েছে খোঁজো — প্রোটন হলে আইসোটোপ, ভরসংখ্যা হলে আইসোবার, নিউট্রন হলে আইসোটোন।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·আইসোটোপ ও আইসোবার উল্টে দেওয়া — এই অধ্যায়ের সবচেয়ে বেশি হওয়া ভুল
- ·আইসোটোপের রাসায়নিক ধর্ম আলাদা ভাবা — প্রোটন ও ইলেকট্রন এক বলে ধর্মও এক
- ·নিউট্রন সংখ্যা বের করতে ভরসংখ্যা থেকে প্রোটন বিয়োগ করতে ভুলে যাওয়া
Atomic mass unit, relative atomic mass and the mole
পারমাণবিক ভর একক ও মোল ধারণা
পরমাণুর প্রকৃত ভর এত ছোট যে গ্রামে লিখলে অসংখ্য শূন্য লাগে, তাই একটি তুলনামূলক একক ব্যবহার করা হয়। কার্বন-১২ পরমাণুর ভরের বারো ভাগের এক ভাগকে এক পারমাণবিক ভর একক ধরা হয়, আর অন্য সব পরমাণুর ভর তার সাপেক্ষে প্রকাশ করা হয়। এই কারণেই আপেক্ষিক পারমাণবিক ভরের কোনো একক থাকে না — এটি একটি অনুপাত। মোল ধারণা এই এককটিকে গবেষণাগারের মাপে নিয়ে আসে: কোনো মৌলের আপেক্ষিক পারমাণবিক ভরকে গ্রামে নিলে তাতে ঠিক অ্যাভোগাড্রো সংখ্যক পরমাণু থাকে।
১ amu = কার্বন-১২ পরমাণুর ভরের ১/১২ অংশ ≈ 1.66 × 10⁻²⁴ গ্রাম
আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর একটি অনুপাত, তাই এককবিহীন
১ মোল = 6.022 × 10²³ কণা
মোলার ভর = আপেক্ষিক পারমাণবিক বা আণবিক ভর, গ্রামে প্রকাশিত
মোল সংখ্যা = প্রদত্ত ভর ÷ মোলার ভর
প্রকৃতিতে পাওয়া আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর আইসোটোপগুলোর ভারিত গড় — তাই ক্লোরিনের ৩৫.৫
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
ক্লোরিনের ভর ৩৫.৫ কেন — কারণ এটি দুই আইসোটোপের ভারিত গড়, ভগ্নাংশ কোনো ভুল নয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·আপেক্ষিক পারমাণবিক ভরে একক বসানো — এটি অনুপাত, এককবিহীন
- ·amu-এর সংজ্ঞায় হাইড্রোজেন বা অক্সিজেন ব্যবহার করা — বর্তমান মান কার্বন-১২ ভিত্তিক
- ·ভগ্নাংশ পারমাণবিক ভরকে ভুল ভাবা — এটি আইসোটোপের গড়
Quantum numbers and the origin of atomic spectra
কোয়ান্টাম সংখ্যা ও পারমাণবিক বর্ণালি
একটি ইলেকট্রনের অবস্থান ও অবস্থা সম্পূর্ণভাবে বলতে চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যা লাগে — প্রধান সংখ্যা বলে কোন কক্ষে, সহকারী সংখ্যা বলে অরবিটালের আকৃতি, চৌম্বক সংখ্যা বলে দিক আর ঘূর্ণন সংখ্যা বলে ইলেকট্রনের নিজস্ব ঘূর্ণনের অভিমুখ। বর্ণালির উৎপত্তি এই কক্ষগুলোর শক্তির পার্থক্যে। ইলেকট্রন শক্তি শুষে উপরের কক্ষে উঠে যায়, তারপর নিচে নামার সময় ঠিক সেই পার্থক্যের সমান শক্তির আলো ছাড়ে। শক্তিস্তরগুলো নির্দিষ্ট বলেই বর্ণালিতে অবিচ্ছিন্ন আলো নয়, আলাদা আলাদা রেখা দেখা যায়।
চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যা: প্রধান n, সহকারী l, চৌম্বক m, ঘূর্ণন s
n কক্ষ নির্দেশ করে; l অরবিটালের আকৃতি (s=0, p=1, d=2, f=3)
প্রতিটি n-এর জন্য l-এর মান 0 থেকে (n−1) পর্যন্ত
ঘূর্ণন কোয়ান্টাম সংখ্যার মান +½ বা −½
বর্ণালি রেখার উৎস: ইলেকট্রনের শক্তিস্তর পরিবর্তনে নির্গত বা শোষিত ফোটন
হাইড্রোজেনের দৃশ্যমান বর্ণালি রেখাগুলোকে বলা হয় বামার সিরিজ
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
বর্ণালি রেখা বিচ্ছিন্ন কেন — কারণ শক্তিস্তর কোয়ান্টায়িত, যেকোনো মান নিতে পারে না।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·কোয়ান্টাম সংখ্যা তিনটি ধরা — চারটি, ঘূর্ণনসহ
- ·বর্ণালিকে অবিচ্ছিন্ন ভাবা — পারমাণবিক বর্ণালি রেখা-বর্ণালি
- ·l-এর সর্বোচ্চ মান n ধরা — সর্বোচ্চ (n−1)