পরমাণুর গঠন
অধ্যায় ৩-এ আমরা শিখেছি যে পরমাণু ও অণু হল পদার্থের মৌলিক গঠন উপাদান। বিভিন্ন ধরনের পদার্থের অস্তিত্বের কারণ হল তাদের গঠনকারী বিভিন্ন পরমাণু। এখন প্রশ্ন ওঠে: (i) একটি মৌলের পরমাণুকে অন্য মৌলের পরমাণু থেকে আলাদা করে কী? এবং (ii) ডাল্টনের প্রস্তাব অনুযায়ী পরমাণু কি সত্যিই অবিভাজ্য, নাকি পরমাণুর ভিতরে আরও ক্ষুদ্রতর উপাদান রয়েছে? আমরা এই অধ্যায়ে এই প্রশ্নগুলির উত্তর খুঁজে বের করব। আমরা উপ-পরমাণবিক কণা এবং এই কণাগুলি পরমাণুর ভিতরে কীভাবে সজ্জিত থাকে তা ব্যাখ্যা করার জন্য প্রস্তাবিত বিভিন্ন মডেল সম্পর্কে শিখব।
উনবিংশ শতাব্দীর শেষে বিজ্ঞানীদের সামনে একটি বড় চ্যালেঞ্জ ছিল পরমাণুর গঠন প্রকাশ করা এবং এর গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যাখ্যা করা। পরমাণুর গঠনের ব্যাখ্যা একাধিক পরীক্ষার ধারার উপর ভিত্তি করে প্রতিষ্ঠিত হয়েছে।
পরমাণু যে অবিভাজ্য নয়, তার প্রথম ইঙ্গিতগুলির একটি এসেছে স্থির বিদ্যুৎ এবং বিভিন্ন পদার্থের দ্বারা বিদ্যুৎ পরিবহনের শর্তগুলি অধ্যয়ন করে।
৪.১ পদার্থের আধানযুক্ত কণা
পদার্থে আধানযুক্ত কণার প্রকৃতি বোঝার জন্য, আসুন নিম্নলিখিত কার্যকলাপগুলি সম্পাদন করি:
কার্যকলাপ ৪.১
ক. শুকনো চুল আঁচড়ান। আঁচড়ানোর পর কি চিরুনি ছোট কাগজের টুকরো আকর্ষণ করে?
খ. একটি সিল্ক কাপড় দিয়ে একটি কাচের রড ঘষুন এবং ফোলানো বেলুনের কাছে রডটি নিয়ে আসুন। কী ঘটে তা লক্ষ্য করুন। এই কার্যকলাপগুলি থেকে, আমরা কি এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে দুটি বস্তুকে একসাথে ঘষলে তারা বৈদ্যুতিকভাবে আধানযুক্ত হয়ে যায়? এই আধানটি কোথা থেকে আসে? এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়া যেতে পারে এই জেনে যে একটি পরমাণু বিভাজ্য এবং আধানযুক্ত কণা নিয়ে গঠিত।
একটি পরমাণুতে আধানযুক্ত কণার উপস্থিতি প্রকাশ করতে অনেক বিজ্ঞানী অবদান রেখেছেন।
১৯০০ সালের মধ্যে এটি জানা গিয়েছিল যে পরমাণু একটি অবিভাজ্য কণা কিন্তু এতে অন্তত একটি উপ-পরমাণবিক কণা রয়েছে - জে.জে. থমসন দ্বারা শনাক্ত করা ইলেকট্রন। ইলেকট্রন শনাক্ত হওয়ার আগেই, ই. গোল্ডস্টাইন ১৮৮৬ সালে একটি গ্যাস ডিসচার্জে নতুন রশ্মির উপস্থিতি আবিষ্কার করেন এবং তাদের ক্যানাল রে নাম দেন। এই রশ্মিগুলি ছিল ধনাত্মক আধানযুক্ত বিকিরণ যা শেষ পর্যন্ত আরেকটি উপ-পরমাণবিক কণার আবিষ্কারের দিকে নিয়ে যায়। এই উপ-পরমাণবিক কণাটির একটি আধান ছিল, যার মান ইলেকট্রনের আধানের সমান কিন্তু চিহ্নে বিপরীত। এর ভর ছিল ইলেকট্রনের ভরের প্রায় ২০০০ গুণ। এর নাম দেওয়া হয় প্রোটন। সাধারণত, একটি ইলেকট্রনকে ’ $e$ ’ এবং একটি প্রোটনকে ’ $p$ ’ হিসাবে উপস্থাপন করা হয়। একটি প্রোটনের ভরকে এক একক এবং এর আধানকে ধনাত্মক এক হিসাবে নেওয়া হয়। একটি ইলেকট্রনের ভর নগণ্য বলে বিবেচিত হয় এবং এর আধান ঋণাত্মক এক।
মনে হচ্ছিল যে একটি পরমাণু প্রোটন এবং ইলেকট্রন দিয়ে গঠিত, যারা পরস্পরের আধানকে ভারসাম্য রাখে। এটাও মনে হচ্ছিল যে প্রোটনগুলি পরমাণুর অভ্যন্তরে রয়েছে, কারণ ইলেকট্রন সহজেই সরানো যেতে পারে কিন্তু প্রোটন নয়। এখন বড় প্রশ্ন ছিল: পরমাণুর এই কণাগুলি কী ধরনের গঠন তৈরি করেছিল? আমরা নীচে এই প্রশ্নের উত্তর খুঁজে পাব।
৪.২ একটি পরমাণুর গঠন
আমরা অধ্যায় ৩-এ ডাল্টনের পরমাণুবাদ শিখেছি, যা পরামর্শ দেয় যে পরমাণু অবিভাজ্য এবং ধ্বংসাত্মক নয়। কিন্তু পরমাণুর ভিতরে দুটি মৌলিক কণা (ইলেকট্রন এবং প্রোটন) আবিষ্কার হওয়ায় ডাল্টনের পরমাণুবাদের এই দিকটি ব্যর্থ হয়। তখন ইলেকট্রন এবং প্রোটন কীভাবে পরমাণুর ভিতরে সজ্জিত থাকে তা জানা প্রয়োজন বলে বিবেচিত হয়েছিল। এটি ব্যাখ্যা করার জন্য, অনেক বিজ্ঞানী বিভিন্ন পরমাণু মডেল প্রস্তাব করেছিলেন। জে.জে. থমসনই প্রথম একটি পরমাণুর গঠনের জন্য একটি মডেল প্রস্তাব করেছিলেন।
৪.২.১ থমসনের পরমাণু মডেল
থমসন একটি পরমাণুর মডেল প্রস্তাব করেছিলেন যা ক্রিসমাস পুডিংয়ের মতো। ধনাত্মক আধানের একটি গোলকের মধ্যে ইলেকট্রনগুলি ছিল একটি গোলাকার ক্রিসমাস পুডিংয়ের মধ্যে কারেন্ট (শুকনো ফল) এর মতো। আমরা একটি তরমুজের কথাও ভাবতে পারি, পরমাণুর ধনাত্মক আধানটি তরমুজের লাল ভক্ষণযোগ্য অংশের মতো সর্বত্র ছড়িয়ে আছে, যখন ইলেকট্রনগুলি ধনাত্মক আধানযুক্ত গোলকের মধ্যে বসানো আছে, তরমুজের বীজের মতো (চিত্র ৪.১)।
চিত্র ৪.১: থমসনের পরমাণু মডেল
জে.জে. থমসন (১৮৫৬-১৯৪০), একজন ব্রিটিশ পদার্থবিদ, ১৮ ডিসেম্বর ১৮৫৬ সালে ম্যানচেস্টারের একটি উপশহর চীথম হিলে জন্মগ্রহণ করেন। ইলেকট্রন আবিষ্কারের কাজের জন্য তিনি ১৯০৬ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান। তিনি ৩৫ বছর ধরে কেমব্রিজের ক্যাভেন্ডিশ ল্যাবরেটরি পরিচালনা করেন এবং তার গবেষণা সহকারীদের মধ্যে সাতজন পরবর্তীতে নোবেল পুরস্কার পান।
থমসন প্রস্তাব করেছিলেন যে:
(i) একটি পরমাণু একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত গোলক নিয়ে গঠিত এবং ইলেকট্রনগুলি এতে নিহিত থাকে।
(ii) ঋণাত্মক এবং ধনাত্মক আধান পরিমাণে সমান। সুতরাং, পরমাণুটি সামগ্রিকভাবে বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ।
যদিও থমসনের মডেল ব্যাখ্যা করেছিল যে পরমাণুগুলি বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ, অন্যান্য বিজ্ঞানীদের দ্বারা পরিচালিত পরীক্ষার ফলাফল এই মডেল দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায়নি, যেমন আমরা নীচে দেখব।
৪.২.২ রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেল
আর্নেস্ট রাদারফোর্ড জানতে আগ্রহী ছিলেন যে কীভাবে ইলেকট্রনগুলি একটি পরমাণুর ভিতরে সজ্জিত থাকে। রাদারফোর্ড এর জন্য একটি পরীক্ষা ডিজাইন করেছিলেন। এই পরীক্ষায়, দ্রুত গতিশীল আলফা $(\alpha)$-কণাগুলিকে একটি পাতলা সোনার ফয়েলের উপর পড়তে দেওয়া হয়েছিল।
- তিনি একটি সোনার ফয়েল বেছে নিয়েছিলেন কারণ তিনি যতটা সম্ভব পাতলা একটি স্তর চেয়েছিলেন। এই সোনার ফয়েলটি প্রায় ১০০০ পরমাণু পুরু ছিল।
- $\alpha$-কণাগুলি দ্বি-আধানযুক্ত হিলিয়াম আয়ন। যেহেতু এদের ভর $4 u$, তাই দ্রুত গতিশীল $\alpha$-কণাগুলির যথেষ্ট পরিমাণ শক্তি রয়েছে।
- আশা করা হয়েছিল যে $\alpha$-কণাগুলি সোনার পরমাণুর মধ্যে উপ-পরমাণবিক কণা দ্বারা বিচ্যুত হবে। যেহেতু $\alpha$-কণাগুলি প্রোটনের চেয়ে অনেক ভারী, তাই তিনি বড় বিচ্যুতি দেখতে আশা করেননি।
চিত্র ৪.২: একটি সোনার ফয়েল দ্বারা $\alpha$-কণার বিচ্ছুরণ
কিন্তু, $\alpha$-কণা বিচ্ছুরণ পরীক্ষা সম্পূর্ণ অপ্রত্যাশিত ফলাফল দেয় (চিত্র ৪.২)। নিম্নলিখিত পর্যবেক্ষণগুলি করা হয়েছিল:
(i) বেশিরভাগ দ্রুত গতিশীল $\alpha$-কণা সোজা সোনার ফয়েলের মধ্য দিয়ে চলে গেছে।
(ii) কিছু $\alpha$-কণা ফয়েল দ্বারা ছোট কোণে বিচ্যুত হয়েছিল।
(iii) আশ্চর্যজনকভাবে, প্রতি ১২০০০টি কণার মধ্যে একটি কণা প্রতিক্ষিপ্ত হয়েছিল বলে মনে হয়েছিল।
রাদারফোর্ডের কথায়, “এই ফলাফলটি প্রায় অবিশ্বাস্য ছিল যেন আপনি একটি টিস্যু পেপারের দিকে একটি ১৫-ইঞ্চি শেল ছুঁড়ছেন এবং সেটি ফিরে এসে আপনাকে আঘাত করে”।
ই. রাদারফোর্ড (১৮৭১-১৯৩৭) ৩০ আগস্ট ১৮৭১ সালে স্প্রিং গ্রোভে জন্মগ্রহণ করেন। তিনি ‘পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের জনক’ হিসাবে পরিচিত ছিলেন। তিনি তেজস্ক্রিয়তা এবং সোনার ফয়েল পরীক্ষার মাধ্যমে পরমাণুর নিউক্লিয়াস আবিষ্কারের কাজের জন্য বিখ্যাত। তিনি ১৯০৮ সালে রসায়নে নোবেল পুরস্কার পান।
আসুন এই পরীক্ষার প্রভাব বোঝার জন্য একটি খোলা মাঠে একটি কার্যকলাপের কথা ভাবি। একটি শিশুকে চোখ বন্ধ করে একটি দেয়ালের সামনে দাঁড় করান। তাকে দূরত্ব থেকে দেয়ালের দিকে পাথর নিক্ষেপ করতে দিন। প্রতিটি পাথর দেয়ালে আঘাত করলে সে একটি শব্দ শুনতে পাবে। যদি সে এটি দশবার পুনরাবৃত্তি করে, তবে সে দশবার শব্দ শুনতে পাবে। কিন্তু যদি একটি চোখ বাঁধা শিশু একটি কাঁটাতারের বেড়ার দিকে পাথর নিক্ষেপ করে, তবে বেশিরভাগ পাথর বেড়ায় আঘাত করবে না এবং কোন শব্দ শোনা যাবে না। এর কারণ বেড়ায় অনেক ফাঁক রয়েছে যা পাথরকে তাদের মধ্য দিয়ে যেতে দেয়।
একই যুক্তি অনুসরণ করে, রাদারফোর্ড $\alpha$-কণা বিচ্ছুরণ পরীক্ষা থেকে সিদ্ধান্তে পৌঁছেছিলেন যে-
(i) পরমাণুর ভিতরের বেশিরভাগ স্থানই খালি কারণ বেশিরভাগ $\alpha$-কণা বিচ্যুত না হয়ে সোনার ফয়েলের মধ্য দিয়ে চলে গেছে।
(ii) খুব কম কণা তাদের পথ থেকে বিচ্যুত হয়েছিল, যা নির্দেশ করে যে পরমাণুর ধনাত্মক আধান খুব কম স্থান দখল করে।
(iii) $\alpha$-কণার একটি খুব ছোট ভগ্নাংশ $180^{\circ}$ দ্বারা বিচ্যুত হয়েছিল, যা নির্দেশ করে যে সোনার পরমাণুর সমস্ত ধনাত্মক আধান এবং ভর পরমাণুর ভিতরে একটি খুব ছোট আয়তনে কেন্দ্রীভূত ছিল।
তথ্য থেকে তিনি এও গণনা করেছিলেন যে নিউক্লিয়াসের ব্যাসার্ধ পরমাণুর ব্যাসার্ধের চেয়ে প্রায় $10^{5}$ গুণ কম।
তার পরীক্ষার ভিত্তিতে, রাদারফোর্ড একটি পরমাণুর নিউক্লিয়ার মডেল উপস্থাপন করেছিলেন, যার নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্যগুলি ছিল:
(i) একটি পরমাণুর মধ্যে একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত কেন্দ্র রয়েছে যাকে নিউক্লিয়াস বলে। একটি পরমাণুর প্রায় সমস্ত ভর নিউক্লিয়াসে থাকে।
(ii) ইলেকট্রনগুলি বৃত্তাকার পথে নিউক্লিয়াসের চারদিকে ঘোরে।
(iii) নিউক্লিয়াসের আকার পরমাণুর আকারের তুলনায় খুবই ছোট।
রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের ত্রুটি
একটি বৃত্তাকার কক্ষপথে ইলেকট্রনের ঘূর্ণন স্থিতিশীল হওয়ার কথা নয়। একটি বৃত্তাকার কক্ষপথে থাকা যেকোনো কণা ত্বরণের মধ্য দিয়ে যাবে। ত্বরণের সময়, আধানযুক্ত কণাগুলি শক্তি বিকিরণ করবে। এইভাবে, ঘূর্ণায়মান ইলেকট্রন শক্তি হারাবে এবং শেষ পর্যন্ত নিউক্লিয়াসে পড়ে যাবে। যদি এমন হত, তবে পরমাণুটি অত্যন্ত অস্থির হওয়া উচিত এবং তাই পদার্থটি যে আকারে আমরা জানি সেই আকারে থাকত না। আমরা জানি যে পরমাণুগুলি বেশ স্থিতিশীল।
৪.২.৩ বোরের পরমাণু মডেল
রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের বিরুদ্ধে উত্থাপিত আপত্তিগুলি কাটিয়ে উঠতে, নিলস বোর একটি পরমাণুর মডেল সম্পর্কে নিম্নলিখিত স্বীকার্যগুলি উপস্থাপন করেছিলেন:
(i) পরমাণুর ভিতরে শুধুমাত্র কিছু বিশেষ কক্ষপথ, যা ইলেকট্রনের বিচ্ছিন্ন কক্ষপথ হিসাবে পরিচিত, অনুমোদিত।
(ii) বিচ্ছিন্ন কক্ষপথে ঘূর্ণনের সময় ইলেকট্রনগুলি শক্তি বিকিরণ করে না।
নিলস বোর (১৮৮৫-১৯৬২) ৭ অক্টোবর ১৮৮৫ সালে কোপেনহেগেনে জন্মগ্রহণ করেন। তিনি ১৯১৬ সালে কোপেনহেগেন বিশ্ববিদ্যালয়ে পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক নিযুক্ত হন। পরমাণুর গঠন সম্পর্কে তার কাজের জন্য তিনি ১৯২২ সালে নোবেল পুরস্কার পান। অধ্যাপক বোরের অসংখ্য রচনার মধ্যে, বই হিসাবে প্রকাশিত তিনটি হল: (i) দ্য থিওরি অফ স্পেক্ট্রা অ্যান্ড অ্যাটমিক কনস্টিটিউশন, (ii) অ্যাটমিক থিওরি অ্যান্ড, (iii) দ্য ডিসক্রিপশন অফ নেচার।
এই কক্ষপথ বা শেলগুলিকে শক্তিস্তর বলা হয়। একটি পরমাণুর শক্তিস্তরগুলি চিত্র ৪.৩-এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র ৪.৩: একটি পরমাণুর কয়েকটি শক্তিস্তর
এই কক্ষপথ বা শেলগুলিকে K,L,M,N,… অক্ষর বা সংখ্যা, $n=1,2,3,4, \ldots$ দ্বারা উপস্থাপন করা হয়।
৪.২.৪ নিউট্রন
১৯৩২ সালে, জে. চ্যাডউইক আরেকটি উপ-পরমাণবিক কণা আবিষ্কার করেছিলেন যার কোন আধান ছিল না এবং ভর প্রোটনের ভরের প্রায় সমান। শেষ পর্যন্ত এর নাম দেওয়া হয় নিউট্রন। হাইড্রোজেন ব্যতীত সমস্ত পরমাণুর নিউক্লিয়াসে নিউট্রন উপস্থিত থাকে। সাধারণত, একটি নিউট্রনকে ’ $n$ ’ হিসাবে উপস্থাপন করা হয়। সুতরাং একটি পরমাণুর ভর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত প্রোটন এবং নিউট্রনের ভরের সমষ্টি দ্বারা দেওয়া হয়।
৪.৩ বিভিন্ন কক্ষপথে (শেলে) ইলেকট্রন কীভাবে বণ্টিত হয়?
একটি পরমাণুর বিভিন্ন কক্ষপথে ইলেকট্রনের বণ্টন বোর এবং বিউরি দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল। বিভিন্ন শক্তিস্তর বা শেলে ইলেকট্রনের সংখ্যা লেখার জন্য নিম্নলিখিত নিয়মগুলি অনুসরণ করা হয়:
(i) একটি শেলে উপস্থিত ইলেকট্রনের সর্বাধিক সংখ্যা সূত্র $2 n^{2}$ দ্বারা দেওয়া হয়, যেখানে ’ $n$ ’ হল কক্ষপথ সংখ্যা বা শক্তিস্তর সূচক, $1,2,3, \ldots$। সুতরাং বিভিন্ন শেলে ইলেকট্রনের সর্বাধিক সংখ্যা নিম্নরূপ:
প্রথম কক্ষপথ বা K-শেল হবে $=2 \times 1^{2}=2$, দ্বিতীয় কক্ষপথ বা L-শেল হবে $=2 \times 2^{2}=8$, তৃতীয় কক্ষপথ বা M-শেল হবে $=2 \times 3^{2}=18$, চতুর্থ কক্ষপথ বা $N$-শেল হবে $=2 \times 4^{2}$ $=32$, ইত্যাদি।
(ii) সর্ববহিঃস্থ কক্ষপথে সর্বাধিক ৮টি ইলেকট্রন থাকতে পারে।
(iii) ভিতরের শেলগুলি পূর্ণ না হওয়া পর্যন্ত একটি নির্দিষ্ট শেলে ইলেকট্রন স্থান পায় না। অর্থাৎ, শেলগুলি ধাপে ধাপে পূর্ণ হয়।
প্রথম আঠারোটি মৌলের পরমাণবিক গঠন পরিকল্পনামূলকভাবে চিত্র ৪.৪-এ দেখানো হয়েছে। প্রথম আঠারোটি মৌলের পরমাণুর গঠন সারণী ৪.১-এ দেওয়া হয়েছে।
কার্যকলাপ ৪.২
-
প্রথম আঠারোটি মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাস প্রদর্শন করে একটি স্থির পরমাণু মডেল তৈরি করুন।
-
প্রথম আঠারোটি মৌলের পরমাণুর গঠন সারণী ৪.১-এ দেওয়া হয়েছে।
৪.৪ যোজনী
আমরা শিখেছি কীভাবে একটি পরমাণুর ইলেকট্রনগুলি বিভিন্ন শেল/কক্ষপথে সজ্জিত থাকে। একটি পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে উপস্থিত ইলেকট্রনগুলিকে যোজ্যতা ইলেকট্রন বলে।
চিত্র ৪.৪: প্রথম আঠারোটি মৌলের পরিকল্পনামূলক পরমাণবিক গঠন
বোর-বিউরি প্রকল্প থেকে, আমরা আরও জানি যে একটি পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে সর্বাধিক ৮টি ইলেকট্রন থাকতে পারে। এটি লক্ষ্য করা গেছে যে যেসব মৌলের পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে ৮টি ইলেকট্রন সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ থাকে তারা খুব কম রাসায়নিক ক্রিয়াশীলতা দেখায়। অন্য কথায়, তাদের সংযোজন ক্ষমতা বা যোজনী শূন্য। এই নিষ্ক্রিয় মৌলগুলির মধ্যে,
| মৌলের নাম | প্রতীক | পারমাণবিক সংখ্যা | প্রোটনের সংখ্যা | নিউট্রনের সংখ্যা | ইলেকট্রনের সংখ্যা | K | L | M | $\mathbf{N}$ | যোজনী | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| হাইড্রোজেন | $H$ | 1 | 1 | - | 1 | 1 | - | - | - | 1 | |
| হিলিয়াম | $He$ | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | - | - | - | 0 | |
| লিথিয়াম | $Li$ | 3 | 3 | 4 | 3 | 2 | 1 | - | - | 1 | |
| বেরিলিয়াম | $Be$ | 4 | 4 | 5 | 4 | 2 | 2 | - | - | 2 | |
| বোরন | B | 5 | 5 | 6 | 5 | 2 | 3 | - | - | 3 | |
| কার্বন | C | 6 | 6 | 6 | 6 | 2 | 4 | - | - | 4 | |
| নাইট্রোজেন | $N$ | 7 | 7 | 7 | 7 | 2 | 5 | - | - | 3 | |
| অক্সিজেন | $O$ | 8 | 8 | 8 | 8 | 2 | 6 | - | - | 2 | |
| ফ্লোরিন | F | 9 | 9 | 10 | 9 | 2 | 7 | - | - | 1 | |
| নিয়ন | $Ne$ | 10 | 10 | 10 | 10 | 2 | 8 | - | - | 0 | |
| সোডিয়াম | $Na$ | 11 | 11 | 12 | 11 | 2 | 8 | 1 | - | 1 | |
| ম্যাগনেসিয়াম | $M g$ | 12 | 12 | 12 | 12 | 2 | 8 | 2 | - | 2 | |
| অ্যালুমিনিয়াম | $Al$ | 13 | 13 | 14 | 13 | 2 | 8 | 3 | - | 3 | |
| সিলিকন | $Si$ | 14 | 14 | 14 | 14 | 2 | 8 | 4 | - | 4 | |
| ফসফরাস | $P$ | 15 | 15 | 16 | 15 | 2 | 8 | 5 | - | 3,5 | |
| সালফার | $S$ | 16 | 16 | 16 | 16 | 2 | 8 | 6 | - | 2 | |
| ক্লোরিন | $Cl$ | 17 | 17 | 18 | 17 | 2 | 8 | 7 | - | 1 | |
| আর্গন | $Ar$ | 18 | 18 | 22 | 18 | 2 | 8 | 8 | 0 |
হিলিয়াম পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে দুটি ইলেকট্রন রয়েছে এবং অন্যান্য সমস্ত মৌলের পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে আটটি ইলেকট্রন রয়েছে।
মৌলগুলির পরমাণুর সংযোজন ক্ষমতা, অর্থাৎ একই বা ভিন্ন মৌলের পরমাণুর সাথে বিক্রিয়া করে অণু গঠনের প্রবণতা, এইভাবে একটি সম্পূর্ণ পূর্ণ সর্ববহিঃস্থ শেল অর্জনের প্রচেষ্টা হিসাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছিল। একটি সর্ববহিঃস্থ শেল, যার আটটি ইলেকট্রন ছিল, তাকে অষ্টক বিশিষ্ট বলা হত। এইভাবে পরমাণুগুলি বিক্রিয়া করবে, যাতে সর্ববহিঃস্থ শেলে একটি অষ্টক অর্জন করা যায়। এটি ইলেকট্রন ভাগাভাগি, লাভ বা হারানোর মাধ্যমে করা হয়েছিল। সর্ববহিঃস্থ শেলে ইলেকট্রনের অষ্টক তৈরি করার জন্য যে সংখ্যক ইলেকট্রন লাভ, হারানো বা ভাগাভাগি করা হয়, তা সরাসরি আমাদের মৌলের সংযোজন ক্ষমতা দেয়, অর্থাৎ পূর্ববর্তী অধ্যায়ে আলোচিত যোজনী। উদাহরণস্বরূপ, হাইড্রোজেন/লিথিয়াম/সোডিয়াম পরমাণুর প্রতিটির সর্ববহিঃস্থ শেলে একটি করে ইলেকট্রন রয়েছে, তাই তাদের প্রত্যেকে একটি ইলেকট্রন হারাতে পারে। সুতরাং, তাদের যোজনী এক বলে বলা হয়। আপনি বলতে পারেন, ম্যাগনেসিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়ামের যোজনী কত? এটি যথাক্রমে দুই এবং তিন, কারণ ম্যাগনেসিয়ামের সর্ববহিঃস্থ শেলে দুটি ইলেকট্রন রয়েছে এবং অ্যালুমিনিয়ামের সর্ববহিঃস্থ শেলে তিনটি ইলেকট্রন রয়েছে।
যদি একটি পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে ইলেকট্রনের সংখ্যা তার পূর্ণ ধারণক্ষমতার কাছাকাছি হয়, তবে যোজনী একটি ভিন্নভাবে নির্ধারিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ফ্লোরিন পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ শেলে ৭টি ইলেকট্রন রয়েছে, এবং এর যোজনী ৭ হতে পারে। কিন্তু ফ্লোরিনের পক্ষে সাতটি ইলেকট্রন হারানোর চেয়ে একটি ইলেকট্রন লাভ করা সহজ। তাই, এর যোজনী অষ্টক থেকে সাতটি ইলেকট্রন বিয়োগ করে নির্ধারণ করা হয় এবং এটি আপনাকে ফ্লোরিনের জন্য একের যোজনী দেয়। অক্সিজেনের জন্য একইভাবে যোজনী গণনা করা যেতে পারে। এই গণনা থেকে আপনি অক্সিজেনের যোজনী কত পাচ্ছেন?
অতএব, প্রতিটি মৌলের একটি পরমাণুর একটি নির্দিষ্ট সংযোজন ক্ষমতা রয়েছে, যাকে তার যোজনী বলে। প্রথম আঠারোটি মৌলের যোজনী সারণী ৪.১-এর শেষ কলামে দেওয়া হয়েছে।
৪.৫ পারমাণবিক সংখ্যা ও ভর সংখ্যা
৪.৫.১ পারমাণবিক সংখ্যা
আমরা জানি যে প্রোটন একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত থাকে। এটি একটি পরমাণুর প্রোটনের সংখ্যা, যা তার পারমাণবিক সংখ্যা নির্ধারণ করে। এটি ’ $Z$ ’ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। একটি মৌলের সমস্ত পরমাণুর একই পারমাণবিক সংখ্যা, $Z$ থাকে। প্রকৃতপক্ষে, মৌলগুলিকে তারা যে সংখ্যক প্রোটন ধারণ করে তার দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়। হাইড্রোজেনের জন্য, $Z=1$, কারণ হাইড্রোজেন পরমাণুতে, নিউক্লিয়াসে শুধুমাত্র একটি প্রোটন উপস্থিত থাকে। একইভাবে, কার্বনের জন্য, $Z=6$। অতএব, পারমাণবিক সংখ্যাকে একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত মোট প্রোটনের সংখ্যা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।
৪.৫.২ ভর সংখ্যা
একটি পরমাণুর উপ-পরমাণবিক কণাগুলির বৈশিষ্ট্য অধ্যয়ন করার পরে, আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে একটি পরমাণুর ভর কার্যত শুধুমাত্র প্রোটন এবং নিউট্রনের কারণে। এগুলি একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত থাকে। তাই প্রোটন এবং নিউট্রনকে নিউক্লিয়নও বলা হয়। অতএব, একটি পরমাণুর ভর তার নিউক্লিয়াসে থাকে। উদাহরণস্বরূপ, কার্বনের ভর $12 u$ কারণ এতে ৬টি প্রোটন এবং ৬টি নিউট্রন রয়েছে, $6 u+6 u=12 u$। একইভাবে, অ্যালুমিনিয়ামের ভর $27 u$ (১৩টি প্রোটন + ১৪টি নিউট্রন)। ভর সংখ্যাকে একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত মোট প্রোটন এবং নিউট্রনের সমষ্টি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এটি ’ $A$ ’ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। একটি পরমাণুর জন্য স্বরলিপিতে, পারমাণবিক সংখ্যা, ভর সংখ্যা এবং মৌলের প্রতীক নিম্নরূপ লেখা হয়:
উদাহরণস্বরূপ, নাইট্রোজেন লেখা হয়
${ } _{7}^{14} \mathrm{~N}$
৪.৬ আইসোটোপ
প্রকৃতিতে, কিছু মৌলের বেশ কয়েকটি পরমাণু শনাক্ত করা হয়েছে, যাদের একই পারমাণবিক সংখ্যা কিন্তু ভিন্ন ভর সংখ্যা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, হাইড্রোজেন পরমাণুর ক্ষেত্রে নিন, এটির তিনটি পারমাণবিক প্রজাতি রয়েছে, যথা প্রোটিয়াম $( _1^{1} H)$, ডিউটেরিয়াম $( _1^{2} H.$ বা $.D)$ এবং ট্রিটিয়াম $( _1^{3} H.$ বা $.T)$। প্রত্যেকটির পারমাণবিক সংখ্যা ১, কিন্তু ভর সংখ্যা যথাক্রমে ১, ২ এবং ৩। অন্যান্য উদাহরণগুলি হল (i) কার্বন, $ _6^{12} C$ এবং $ _6^{14} C$, (ii) ক্লোরিন, $ _17^{35} Cl$ এবং $ _17^{37} Cl$, ইত্যাদি।
এই উদাহরণগুলির ভিত্তিতে, আইসোটোপগুলিকে একই মৌলের পরমাণু হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যাদের একই পারমাণবিক সংখ্যা কিন্তু ভিন্ন ভর সংখ্যা রয়েছে। অতএব, আমরা বলতে পারি যে হাইড্রোজেন পরমাণুর তিনটি আইসোটোপ রয়েছে, যথা প্রোটিয়াম, ডিউটেরিয়াম এবং ট্রিটিয়াম।
অনেক মৌল আইসোটোপের মিশ্রণ নিয়ে গঠিত। একটি মৌলের প্রতিটি আইসোটোপ একটি বিশুদ্ধ পদার্থ। আইসোটোপগুলির রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি একই রকম কিন্তু তাদের ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলি ভিন্ন।
ক্লোরিন প্রকৃতিতে দুটি আইসোটোপিক রূপে ঘটে, যার ভর $35 u$ এবং $37 u$ ৩:১ অনুপাতে। স্পষ্টতই, প্রশ্ন ওঠে: আমাদের ক্লোরিন পরমাণুর ভর হিসাবে কী নেওয়া উচিত? আসুন বের করা যাক।
উপরের তথ্যের ভিত্তিতে, ক্লোরিন পরমাণুর গড় পারমাণবিক ভর হবে
$$ \begin{aligned} & 35 \times \frac{75}{100}+37 \times \frac{25}{100} \\ = & \frac{105}{4}+\frac{37}{4}=\frac{142}{4}=35.5 \mathrm{u} \end{aligned} $$
যেকোনো প্রাকৃতিক মৌলের একটি পরমাণুর ভর সেই মৌলের সমস্ত প্রাকৃতিকভাবে ঘটমান পরমাণুর গড় ভর হিসাবে নেওয়া হয়। যদি একটি মৌলের কোন আইসোটোপ না থাকে, তবে তার পরমাণুর ভর এতে প্রোটন এবং নিউট্রনের যোগফলের সমান হবে। কিন্তু যদি একটি মৌল আইসোটোপিক রূপে ঘটে, তবে আমাদের প্রতিটি আইসোটোপিক রূপের শতাংশ জানতে হবে এবং তারপর গড় ভর গণনা করতে হবে।
এর অর্থ এই নয় যে ক্লোরিনের যেকোনো একটি পরমাণুর ভগ্নাংশ ভর $35.5 u$ রয়েছে। এর অর্থ হল যদি আপনি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ ক্লোরিন নেন, তবে এতে ক্লোরিনের উভয় আইসোটোপ থাকবে এবং গড় ভর $35.5 u$ হবে।
প্রয়োগ
যেহেতু একটি মৌলের সমস্ত আইসোটোপের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য একই, তাই সাধারণত আমরা একটি মিশ্রণ নেওয়া নিয়ে চিন্তিত নই। কিন্তু কিছু আইসোটোপের বিশেষ বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা তাদের বিভিন্ন ক্ষেত্রে দরকারী করে তোলে। তাদের মধ্যে কিছু হল:
(i) ইউরেনিয়ামের একটি আইসোটোপ পারমাণবিক চুল্লিতে জ্বালানি হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
(ii) কোবাল্টের একটি আইসোটোপ ক্যান্সারের চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়।
(iii) আয়োডিনের একটি আইসোটোপ গলগণ্ডের চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়।
৪.৬.১ আইসোবার
আসুন দুটি মৌল বিবেচনা করি - ক্যালসিয়াম, পারমাণবিক সংখ্যা ২০, এবং আর্গন, পারমাণবিক সংখ্যা ১৮। এই পরমাণুগুলিতে প্রোটনের সংখ্যা ভিন্ন, কিন্তু উভয় মৌলের ভর সংখ্যা ৪০। অর্থাৎ, এই জোড়া মৌলের পরমাণুতে নিউক্লিয়নের মোট সংখ্যা একই। বিভিন্ন পারমাণবিক সংখ্যা বিশিষ্ট বিভিন্ন মৌলের পরমাণু, যাদের একই ভর সংখ্যা রয়েছে, তাদের আইসোবার বলে।
আপনি কী শিখলেন
- ইলেকট্রন এবং প্রোটন আবিষ্কারের কৃতিত্ব যথাক্রমে জে.জে. থম
BETA
