Uncategorized

পরমাণুতে ইলেকট্রন বিন্যাসের নীতি

Supported by Matador Stationary

“প্রায় ২ কোটি জনসংখ্যার শহর ঢাকা। এভাবে চলতে থাকলে বসবাসের অনুপযোগ্য।” টিভিতে আমরা প্রায়ই এরকম রিপোর্ট দেখে থাকি। তখন আমাদের মনে প্রশ্ন জাগে, আচ্ছা কাদের এতো ধৈর্য্য যে ২ কোটি জনসংখ্যা গুণে দেখলো। সাধারণত এসব হিসাব নিকাশ আদমশুমারী বিভাগ করে থাকে। আদমশুমারী সাধারণত ১০ বছর পর পর হয়। আর অন্য সময় তারা প্রতি বর্গ মাইল হিসেব করে কিছু নির্দিষ্ট নিয়ম অনুযায়ী ধারণা করা মান দিয়ে হিসেব করে। এভাবে কোন এলাকায় কোন বাড়িতে কতজন থাকে তা ধারণা করে বের করলেও কোন মৌলের মধ্যে ইলেকট্রন কয়টা থাকে অথবা ইলেকট্রনগুলো কিভাবে থাকে তা ধারণা করে বের করা যায় না। কিছু নিয়ম কানুন আছে। বুঝতে পারছো কি? ধরো এলাকায় যেমন মানুষ থাকে ঠিক তেমনি মৌলের মধ্যে ইলেকট্রন থাকে। এলাকার সাথে মৌলের তুলনা দেয়া হয়েছে আর কি।

দুটি প্রধান নিয়ম অনুসরণ করে ইলেকট্রন বিন্যাস করা হয়।

ড্রপডাউন গুলোতে ক্লিক করে জেনে নাও প্রশ্নের উত্তরগুলো

সঠিক উত্তরে ক্লিক করো



আমরা এই স্মার্টবুকটিতে এই দুটি নিয়মের প্রয়োগ করে মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাস দেখবো। সাথে সাথে তোমারাও কিছু সহজ প্রশ্নের উত্তর দিয়ে নিজেদের ঝালাই করতে পারবে। তো চলো শুরু করা যাক। টপিক শুরুর আগে একটি কথা, তোমাদের কি ইলেকট্রনের শক্তি স্তরগুলো, উপশক্তিস্তর, s,p,d,f এগুলো মনে আছে? যদি মনে থাকে তাহলে ভালো আর মনে না থাকলে তাও সমস্যা নেই। দুই দলকেই আমাদের এই স্মার্টবুকটিতে ঘুরে আসার আমন্ত্রন রইলো। ক্লীক করে মৌলের শ্রেণীবিন্যাস এর স্মার্টবুকটিতে ঘুরে আসো।

আউফবাউ নীতিঃ এ নীতি অনুযায়ী শক্তির ক্রম অনুসারে ইলেকট্রনগুলো অরবিটালে প্রবেশ করে। যেসব অরবিটালের শক্তি কম, ইলেকট্রন সেগুলোতে প্রথমে যাবে। কারন হলো কম শক্তির অরবিটালের স্থায়িত্ব বেশি। ব্যাপারটা এভাবে বলা যায় যে, কম শক্তির অরবিটালগুলোতে ইলেকট্রন গিয়ে খুব আরাম পেয়ে যায়। এরকম আরাম প্রিয় স্বভাবের কারনে কম শক্তির অরবিটালের স্থায়িত্ব বেড়ে যায়। পরে ইলেকট্রনগুলো ধাপে ধাপে উঁচু স্তরের অরবিটালে যায়।

এখন, প্রশ্ন আসে যে, অরবিটালের শক্তি বের করে কি করে? অরবিটালের শক্তি তার প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা ‘n’ এবং সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যা ‘l’ এর মান থেকে হিসেব করে বের করা হয়। হিসেব গুলো আমরা ধাপে ধাপে বের করবো, কোন অরবিটালের (n+l) এর মান যদি কম হয় তবে সেই অরবিটালের শক্তি কম। যেমনঃ

3d অরবিটালের জন্য, n=3 এবং l=2 তাহলে, (n+l)=(3+2)=5
4s অরবিটালের জন্য, n=4 এবং l=0 তাহলে, (n+l)=(4+0)=4

সঠিক উত্তরে ক্লীক করো


তাহলে দেখা যাচ্ছে যে, 3d এর চেয়ে 4s এর শক্তি কম। তাই ইলেকট্রন আগে 4s এ যাবে এরপর 3d । ব্যাপারটা এভাবে ধরা যায় যে, 3d হলো ১০ সিটের একটি মাইক্রোবাস আর 4s হলো ২ সিটের প্রাইভেট কার। এখন, একদল ইলেকট্রন এলো 3d মাইক্রোবাসে উঠার জন্য কিন্তু 3d বললো যে, “ভাই আগে প্রাইভেটকারে উঠেন পরে যারা যারা থাকবেন তারা আমার মাইক্রোবাসে উঠবেন”। তাই ২টি ইলেকট্রন প্রথমে 4s এ যায় পরে বাদবাকি গুলো 3d তে যায়।

আবার, দুটি অরবিটালের মধ্যে যদি (n+l) এর মান সমান হয় তবে তাদের মধ্যে যার n এর মান কম ইলেকট্রন ঐ অরবিটালে আগে যাবে। যেমনঃ

3d অরবিটালের জন্য, n=3 এবং l=2 তাহলে, (n+l)=3+2=5
4p অরবিটালের জন্য, n=4 এবং l=1 তাহলে, (n+l)=4+1=5

দেখা যাচ্ছে যে, 3d এবং 4p অরবিটালের (n+l) এর মান সমান। কিন্তু 3d এর ক্ষেত্রে n এর মান 3 এবং 4p এর ক্ষেত্রে n এর মান 4। তাহলে বলা যায় যে, 4p এর চেয়ে 3d এর শক্তি কম। 3d এর স্থায়িত্ব বেশি। তাই 3d তে ইলেকট্রন আগে প্রবেশ করবে। তো আমরা হিসাব নিকাশ দেখলাম। এখন আমরা ব্যাপারটা আরো সহজভাবে বোঝার জন্য বিভিন্ন শক্তিস্তরের ইলেকট্রন বিন্যাস দেখবো।

1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p
8s

পরীক্ষায় সাধারণত পর্যায় সারণির ১ থেকে ৩০ পর্যন্ত মৌলগুলোর ইলেকট্রন বিন্যাসই বেশি বেশি আসে। তাই এগুলো ভালো মতো অনুশীলন করলে ইলেকট্রন বিন্যাস ডাল-ভাত মনে হবে।

অরবিটাল্গুলোর মধ্য দিয়ে তীর চিহ্নগুলো যে দিয়েছি, এগুলো বুঝতে পারছো? ধাপে ধাপে লক্ষ্য করো। প্রথম তীর চিহ্ন 1s এ। পরের তীর চিহ্ন 2s এ। পরের তীর চিহ্ন 2p হয়ে 3s এ। এর পরের তীর চিহ্ন 3p হয়ে 4s এ । এভাবে তীর চিহ্ন যার মধ্যে দিয়ে আগে যাচ্ছে ইলেকট্রন তাতে আগে প্রবেশ করবে আর পরেরটা পরে। ব্যাপারটাকে এভাবেও লিখা যায়।
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s

আরেকটি ছোট ব্যাপার আছে, d উপস্তরে যদি 9টি (পূর্নতার চেয়ে ১টি কম) অথবা 4টি (অর্ধপূর্নের চেয়ে ১টি কম) ইলেকট্রন থাকে তবে d অরবিটালে তার পরের s অরবিটাল থেকে একটি ইলেকট্রন নিয়ে নেয় এবং তারা পূর্ণ(১০) বা অর্ধপূর্ণ(৫) থাকে। কারন d অরবিটালের এরকম পূর্ন বা অর্ধপূর্ন অবস্থায় স্থায়িত্ব বেশি হয়। যেমনঃ
Cu(29) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹ 4s² এর পরিবর্তে হবে
Cu(29) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

সঠিক উত্তরগুলোতে ক্লীক করো


এখন আমরা হুন্ডের নীতিতে ইলেকট্রন বিন্যাস কিভাবে করা যায় তা দেখবো। হুন্ডের নীতিতে বক্স পদ্ধতিতে ইলেকট্রন বিন্যাস দেখানো হয়। যেমনঃ

একটি বক্সে সর্বোচ্চ দুটি ইলেকট্রন থাকতে পারে। দেখা যাচ্ছে যে, 1s এ দুটি ইলেকট্রন থাকতে পারে। আবার, 2s এ দুটি। তাই এই বক্সে দুটি ই থাকে। বক্সের ভিতরে লক্ষ্য করো যে, একটি ইলেকট্রনের তীর চিহ্ন উপরের দিকে এবং অন্যটি নিচের দিকে। এমন কেন হলো? আমরা লিখার সময় কিভাবে লিখবো?
এটা এমন হওয়ার কারন হলো ইলেকট্রনের ঘূর্ননশীলতা। বোঝোনি? পৃথিবীর আহ্নিক গতি সম্পর্কে জানোই তো। ইলেকট্রন ও একই ভাবে ঘোরে। আর লিখার ক্ষেত্রে প্রথমে উপরের দিকের তীর চিহ্ন গুলো প্রথমে দিবো পরে নিচের দিকে।

3p অরবিটালের ক্ষেত্রে, ধরা যাক 5টি ইলেকট্রন 3p অরবিটালে যাবে।
তাইলে প্রথমে একটি করে উপরের দিকে তীর চিহ্নওয়ালা ইলেকট্রন প্রতিটি বক্সে দিবো। তাইলে 3 টা ইলেকট্রন 3 টি বক্সে, বাকি থাকে 2টি ইলেকট্রন। একটি করে নিচের দিকে তীর চিহ্নওয়ালা ইলেকট্রন বাম দিক থেকে দিয়ে দিবো। তাইলে ডাবল ইলেকট্রন ওয়ালা বক্স 2টি আর সিঙ্গেল 1 টি। হয়ে গেল হুন্ডের পদ্ধতি।

হুন্ডের নীতিটি দেখলে তোমাদের মনে হয়তো প্রশ্ন জাগতে পারে, আচ্ছা একটি বক্সে মাত্র দুটি ইলেকট্রনই কেন? তিনটি অথবা চারটি হলে সমস্যা কি ছিল? এর উত্তর জানার জন্য আমাদের ছোট্ট একটি নীতি জানতে হবে যা পলির বর্জন নীতি নামে পরিচিত।

পলির বর্জন নীতি বলে যে, যেকোন একটি পরমানুতে যেকোন দুটি ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে ৪টি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান কখনো একই হতে পারে না। একটি ভিন্ন হবেই। যেমনঃ প্রথম ৩টি একই হলে ৪র্থ ভিন্ন হতেই হবে।

১ম ইলেকট্রনের জন্য, n=1, l=0, m=0, s= +½

২য় ইলেকট্রনের জন্য, n=1, l=0, m=0, s= -½

এখানে n(আকার), l(আকৃতি), m(কৌনিক অবস্থান), s(স্পিন)। দেখা যাচ্ছে যে, ইলেকট্রন দুটির মধ্যে স্পিন দুটি বিপরীতমুখী হয়। মূলত এটিই মূল কথা। তাহলে আমরা বলতে পারি যে, “একটি পারমানবিক অরবিটালে সর্বাধিক দুটি ইলেকট্রন থাকতে পারে যদি তাদের ঘূর্নণ বা স্পিন বিপরীতমুখী হয়”।

শেষ আরেকটি উপায় দেখবো আমরা। অনেকে এভাবেও লিখে তাই এর আলোচনা। আমরা জানি যে একটি শক্তিস্তরে সর্বাধিক 2n² সংখ্যক ইলেকট্রন থাকতে পারে। সে অনুযায়ী,

n=1 হলে 2n²= 2

n=2 হলে 2n²= 8

n=3 হলে 2n²= 18

1s² = 2

2s² 2p⁶ = 8

3s² 3p⁶ 3d¹⁰ =18

কিছু ইলেকট্রন বিন্যাস দেখি,

F(9) – 1s² 2s² 2p⁵ এটাকে লিখা যায় F(9) – 2,7

Al(13) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ এটাকে লিখা যায় Al(13) – 2,8,3

Fe(26) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² এটাকে লিখা যায় Fe(26) – 2,8,14,2