ইলেকট্রন বিন্যাসের বিভিন্ন নীতি (Principles of Electron Configuration)

আউফবাউ নীতি (Aufbau Principle) :

আউফবাউ একটি জামার্ন শব্দ। এর ইংরেজি অর্থ building up. এই নিয়ম অনুযায়ী ইলেকট্রন সর্বপ্রথম সর্বনিম্ন শক্তিস্তরে গমন করবে। এরপর শক্তিস্তরের ক্রম অনুযায়ী বিভিন্ন শক্তিস্তর পূর্ণ করবে। এই নিয়ম অনুসারে বিভিন্ন অরবিটালে ইলেকট্রন প্রবেশ করার ক্রম নিম্নরূপ :

এই নিয়মানুযায়ী শক্তিস্তর সমূহের শক্তি নিম্নরূপে নির্ধারিত হয় :

১। দুটি অরবিটালের মধ্যে যে অরবিটালের (n+l) এর মান বেশি হবে সে অরবিটালের শক্তি বেশি হবে। এবং ইলেকট্রন সেখানে পরে প্রবেশ করবে। এই নিয়ম অনুযায়ী, 4s<3d

4s: 4+0=0,  3d: 3+2=5

অর্থাৎ এই দুটি অরবিটাল এর মধ্যে ইলেকট্রন 4s অরবিটালে আগে প্রবেশ করবে এবং পরে যাবে 3d তে।

২। দুটি অরবিটালের (n+l) এর মান সমান হলে সেক্ষেত্রে যে অরবিটালের n এর মান কম হবে সেটির শক্তি কম এবং ইলেকট্রন প্রথমে সেখানে প্রবেশ করবে। এই নিয়ম অনুযায়ী, 5s>4p

5s: 5+0=5;  4p= 4+1=5

যেহেতু দুটি মানই সমান তাই 4p এর ক্ষেত্রে n এর মান কম হওয়ায় 4p এর শক্তি কম হবে এবং ইলেকট্রন আগে প্রবেশ করবে এবং পরবর্তীতে 5s অরবিটালে যাবে।

প্রশ্ন : Na এর 11 তম ইলেকট্রন এর ক্ষেত্রে 4টি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান উল্লেখ কর।

উত্তর : Na\rightarrow1s^2 2s^2 2p^6 3s^1

11 তম ইলেকট্রন এর ক্ষেত্রে 4 টি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান হবে,

n=3, l=0, m=0, s=+\frac{1}{2}

পাউলির বা পলির বর্জননীতি (Pauli’s Exclusion Principle):

“একই পরমাণুতে 2টি ইলেকট্রন এর 4টি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান একই হতে পারে না।” অর্থাৎ, 3টি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান একই হলেও ৪র্থ কোয়ান্টাম সংখ্যার মান ভিন্ন হবে। অর্থাৎ ইলেকট্রন দুটির স্পিনের মান বা ঘূর্ণনের দিক একই হবে না।

যেমন : He পরমাণুতে 2 টি ইলেকট্রন আছে যা ১ম প্রধান শক্তিস্তরে অবস্থান করে। এই নিয়মের মাধ্যমে প্রতিটি ইলেকট্রনকে আলাদাভাবে চিহ্নিত করা যায়। He = 1s^2

১ম ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে n=1, l=0, m=0, s=+\frac{1}{2}

২য় ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে n=1, l=0, m=0, m=-\frac{1}{2}

অর্থাৎ, দুটি ইলেকট্রন এর জন্য ১ম তিনটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান একই হলে ও ৪র্থটির মান ভিন্ন হয়েছে অর্থাৎ স্পিন ভিন্ন।

প্রশ্ন : Cu, Cr, Mo, Ag এদের ইলেকট্রন বিন্যাস(Electron Configuration) ব্যতিক্রমী কেন?

উত্তর : সাধারণভাবে দেখা যায় যে সমশক্তিসম্পন্ন অরবিটাল সমূহ অর্ধপূর্ণ বা সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ হলে সে ইলেকট্রন বিন্যাস(Electron Configuration) অধিকতর সুস্থিতি অর্জন করে। এক্ষেত্রে অর্ধপূর্ণ বা সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ অরবিটালগুলো প্রতিসমতা প্রাপ্ত হয় বলে এরা সুস্থিতি অর্জন করে। তাই (n-1)d^4ns^2 এবং (n-1)d^9ns^2 থাকলে তাদেরকে (n-1)d^5ns^1 এবং (n-1)d^{10}ns^1 করতে হয়। একইভাবে f^6 এবং f^{13} কে f^7 এবং f^{14} করতে হয় । তবে p^2 কে p^3এবং p^5 কে p^6 করা হয় না।

Cr(24)\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{5} 4s^1
Cu(29)\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^1
Ag(47)\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^1
Mo(42)\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{5} 5s^1

প্রশ্ন : Fe^{2+} আয়ন এবং Fe^{3+} আয়নের মধ্যে কোনটি অধিক স্থিতিশীল?

উত্তর : _{26}Fe\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{6} 4s^2\\Fe^{2+}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{6}\\ Fe^{3+}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{5}

Fe^{3} অধিকতর স্থিতিশীল। কেননা এ ক্ষেত্রে 3d অরবিটাল অর্ধপূর্ণ আছে।

• কতিপয় আয়নের ইলেকট্রন বিন্যাস (Electron Configuration):

_{28}Ni^{2+}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{8} \\_{48}Cd^{2+}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} \\_{35}Br^{-}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 \\_{30}Zn^{2+}\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10}

হুন্ড এর নিয়ম (Hund’s Principle):

একই শক্তিসম্পন্ন অরবিটাল সমূহে ইলেকট্রন সর্বাধিক অযুগ্ম অবস্থায় বা বিজোড় অবস্থায় থাকে। এ অবস্থায় প্রতিটি বিজোড় ইলেকট্রনের স্পিন বা ঘূর্ণন একইমূখী হবে।

যেমন : _{7}N\rightarrow 1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1

সালফার ও Cl এর ক্ষেত্রে হুন্ডের নিয়মানুসারে ইলেকট্রন বিন্যাস(Electron Configuration) লেখ।

_{16}S\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p_x^2 3p_y^1 3p_z^1\\  _{17}Cl\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p_x^2 3p_y^2 3p_z^1

কতিপয় মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাস সাধারণ নিয়মের ব্যতিক্রমী হয়। সাধারণত এদের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মের সাথে মিল রেখে এ পরিবর্তনগুলো করা হয়েছে।

_{57}La\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^1 5s^2 5p^6 6s^2

এটি সঠিক ইলেকট্রন বিন্যাস নয়। এক্ষেত্রে সর্বশেষ ইলেকট্রনটি 4f অরবিটালে না গিয়ে 5d অরবিটালে দেওয়া হয়। তাই এর সঠিক ইলেকট্রন বিন্যাস হচ্ছে

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 5d^1 6s^2

উল্লেখ্য যে, (n+l) নিয়ম অনুযায়ী 4f ও 5d অরবিটালের (n+l) এর মান সমান। তবে, সাধারণত নিউক্লিয়াস থেকে দূরবর্তী  অরবিটাল সমূহের মধ্যে শক্তির পার্থক্য কম। তাই এভাবেই ইলেকট্রন স্থানান্তর করা সম্ভব হয়। সর্বশেষ ইলেকট্রনটি 4f অরবিটালে গমন করলে La এর পরমাণুর আকার পরীক্ষালব্ধ মানের সমান হয় না। যদি 5d অরবিটালে দেওয়া হয় তাহলে এর আকার পরীক্ষালব্ধ মানের সমান হয় । আবার,

_{46}Pd\rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{8} 5s^2

এর সঠিক ইলেকট্রন বিন্যাস হচ্ছে 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10}। এটি চুম্বকক্ষেত্র দ্বারা আকৃষ্ট হয় না। এর কারণ হল 4d^8 যদি হয় তাহলে এর মধ্যে 2 টি d অরবিটালে অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকবে। যার কারণে এটি প্যারা ম্যাগনেটিক ধর্ম দেখানোর কথা। কিন্তু প্রকৃতপক্ষে পরমাণুটি ডায়া ম্যাগনেটিক(অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকবে না)। তাই 4d^{10} করা হয়েছে।