ID#4898 Higher Math 2nd CQ (Comilla 2023)

ক) সবুজ রসায়ন কাকে বলে?
রাসায়নিক দ্রব্যের উৎপাদন ও ব্যবহারের ক্ষেত্রে বর্জ্য হ্রাস, পরিবেশ দূষণ রোধ এবং মানব স্বাস্থ্যের জন্য ঝুঁকিমুক্ত পরিবেশবান্ধব পদ্ধতি ব্যবহারের নীতিকে সবুজ রসায়ন (Green Chemistry) বলা হয়।

খ) $Li^{2+}$ এর ক্ষেত্রে বোর তত্ত্ব প্রযোজ্য কেন?
বোর পরমাণু মডেলের মূল সীমাবদ্ধতা হলো এটি কেবল এক ইলেকট্রন বিশিষ্ট পরমাণু বা আয়নের বর্ণালি ব্যাখ্যা করতে পারে। লিথিয়াম ($Li$) এর পারমাণবিক সংখ্যা ৩ এবং এর ইলেকট্রন বিন্যাস $1s^2\ 2s^1$। লিথিয়াম পরমাণু দুটি ইলেকট্রন বর্জন করে যখন $Li^{2+}$ আয়নে পরিণত হয়, তখন তার অবশিষ্ট ইলেকট্রন সংখ্যা হয় ১টি (বিন্যাস: $1s^1$)। যেহেতু $Li^{2+}$ আয়নের ইলেকট্রন বিন্যাস হাইড্রোজেন পরমাণুর ন্যায় এক ইলেকট্রন বিশিষ্ট, তাই হাইড্রোজেন পরমাণুর ক্ষেত্রে প্রযোজ্য বোর তত্ত্ব $Li^{2+}$ এর ক্ষেত্রেও সমানভাবে প্রযোজ্য হয়।

গ) উদ্দীপকের হাইড্রাইডগুলোর জলীয় দ্রবণে প্রোটন উৎপন্ন করার প্রবণতা ব্যাখ্যা করো।
উদ্দীপকের লেখচিত্রে ২য়, ৩য়, ৪র্থ ও ৫ম পর্যায়ের হ্যালোজেনসমূহের হাইড্রাইডগুলো ($HX$) যথাক্রমে $\text{HF}$, $\text{HCl}$, $\text{HBr}$ এবং $\text{HI}$-কে নির্দেশ করছে। জলীয় দ্রবণে এদের প্রোটন ($H^+$) উৎপন্ন করার প্রবণতা বা অম্লধর্মের ক্রমানুযায়ী সাজালে দাঁড়ায়: $\text{HF} < \text{HCl} < \text{HBr} < \text{HI}$। নিচে এই প্রবণতার মূল কারণসমূহ ব্যাখ্যা করা হলো:

১. **কেন্দ্রীয় পরমাণুর আকার ও বন্ধন দৈর্ঘ্য:**
গ্রুপ ১৭ বরাবর উপর থেকে নিচে নামলে (পর্যায় ২ হতে ৫) হ্যালোজেন পরমাণুগুলোর পারমাণবিক ব্যাসার্ধ বা আকার দ্রুত বৃদ্ধি পায় ($\text{F} < \text{Cl} < \text{Br} < \text{I}$)। হাইড্রোজেন পরমাণুর আকার নির্দিষ্ট থাকায় হ্যালোজেনের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে $H-X$ বন্ধন দৈর্ঘ্য ক্রমশ বৃদ্ধি পায়। ফলে $\text{HF}$ থেকে $\text{HI}$ এর দিকে বন্ধন দৈর্ঘ্য সবচেয়ে বেশি হয়।

২. **বন্ধন বিয়োজন শক্তি:**
বন্ধন দৈর্ঘ্য বৃদ্ধির কারণে পরমাণু দুটির নিউক্লিয়াসের মধ্যকার দূরত্ব বেড়ে যায় এবং $H-X$ বন্ধনের সমযোজী আকর্ষণ বল দুর্বল হয়ে পড়ে। ফলে বন্ধন বিয়োজন শক্তির মান ক্রমশ হ্রাস পায়।
$$\text{H-F } (562\text{ kJ/mol}) > \text{H-Cl } (431\text{ kJ/mol}) > \text{H-Br } (366\text{ kJ/mol}) > \text{H-I } (299\text{ kJ/mol})$$

৩. **প্রোটন ত্যাগের সহজলভ্যতা:**
যেহেতু $\text{HI}$ এর বন্ধন বিয়োজন শক্তি সবচেয়ে কম, তাই জলীয় দ্রবণে জলীয় অণু দ্বারা এর বন্ধনটি খুব সহজেই ভেঙে যায় এবং এটি তীব্র গতিতে প্রোটন ($H^+$) মুক্ত করে। অপরদিকে, ফ্লোরিনের আকার ক্ষুদ্র এবং তড়িৎ ঋণাত্মকতা উচ্চ হওয়ায় $\text{H-F}$ বন্ধনটি অত্যন্ত সুদৃঢ় হয়। তাছাড়া জলীয় দ্রবণে $\text{HF}$ অণুগুলো পরস্পরের সাথে হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করে ডাইমার বা পলিমার হিসেবে থাকে, যা থেকে সহজে প্রোটন আলাদা হতে পারে না।

অতএব, বন্ধন দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি এবং বন্ধন শক্তি হ্রাসের দরুন উদ্দীপকের হাইড্রাইডগুলোর জলীয় দ্রবণে প্রোটন উৎপন্ন করার প্রবণতা $\text{HF}$ থেকে $\text{HI}$ এর দিকে ক্রমশ বৃদ্ধি পায়।

ঘ) উদ্দীপকের লেখচিত্রটির প্রকৃতি বিশ্লেষণ করো।
উদ্দীপকের লেখচিত্রটি হলো হ্যালোজেন হাইড্রাইডসমূহের ($\text{HF}$, $\text{HCl}$, $\text{HBr}$, $\text{HI}$) স্ফুটনাঙ্কের সাথে পর্যায়ের পরিবর্তনের সম্পর্ক। সাধারণ নিয়ম অনুযায়ী, আণবিক ভর বৃদ্ধির সাথে সাথে অণুগুলোর মধ্যে ভ্যানডার ওয়ালস আকর্ষণ বল বৃদ্ধি পাওয়ার কারণে স্ফুটনাঙ্ক ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পাওয়ার কথা। কিন্তু লেখচিত্রে ২য় পর্যায়ের হাইড্রাইডটির ($\text{HF}$) স্ফুটনাঙ্ক অস্বাভাবিকভাবে বেশি এবং ৩য় পর্যায় থেকে ৫ম পর্যায়ে স্ফুটনাঙ্ক পুনরায় ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পাওয়ার একটি বিশেষ প্রকৃতি দেখা যায়। নিচে এর কারণ গাণিতিক ও গাঠনিকভাবে বিশ্লেষণ করা হলো:

১. **$\text{HF}$ এর অস্বাভাবিক উচ্চ স্ফুটনাঙ্ক (পর্যায় ২):**
২য় পর্যায়ের হ্যালোজেন হাইড্রাইডটি হলো হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড ($\text{HF}$)। ফ্লোরিন পর্যায় সারণির সর্বাধিক তড়িৎ ঋণাত্মক ($৪.০$) মৌল এবং এর আকার অত্যন্ত ক্ষুদ্র। ফলে $\text{H-F}$ বন্ধনের ইলেকট্রন জোড় ফ্লোরিনের দিকে তীব্রভাবে আকর্ষিত হয়ে অণুতে শক্তিশালী পোলারিটির সৃষ্টি করে। এই পোলারিটির কারণে একটি $\text{HF}$ অণুর আংশিক ধনাত্মক হাইড্রোজেন পরমাণু, অপর একটি $\text{HF}$ অণুর আংশিক ঋণাত্মক ফ্লোরিন পরমাণুকে আকর্ষণ করে আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করে। এই হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণে অসংখ্য $\text{HF}$ অণু আ্যাসোসিয়েটেড বা গুচ্ছ আকারে অবস্থান করে। জলীয় অবস্থা থেকে এদের বাষ্পীভূত করতে প্রচুর অতিরিক্ত তাপশক্তির প্রয়োজন হয় বিধায় $\text{HF}$ এর স্ফুটনাঙ্ক অস্বাভাবিক বেড়ে প্রায় $19.5^\circ\text{C}$ হয়।

২. **$\text{HCl}$ থেকে $\text{HI}$ এর স্ফুটনাঙ্কের ক্রম (পর্যায় ৩ হতে ৫):**
$\text{HF}$ এর পর ৩য় পর্যায়ের $\text{HCl}$ এর ক্ষেত্রে তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য কমে যাওয়ায় আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হয় না। ফলে এর স্ফুটনাঙ্ক এক লাফে কমে যায় ($-85^\circ\text{C}$)। কিন্তু এরপর থেকে পর্যায় বৃদ্ধির সাথে সাথে যথাক্রমে $\text{HCl}$, $\text{HBr}$ ($-66^\circ\text{C}$) এবং $\text{HI}$ ($-35^\circ\text{C}$) এর দিকে অগ্রসর হলে হ্যালোজেন পরমাণুগুলোর আকার ও আণবিক ভর বৃদ্ধি পেতে থাকে। আণবিক ভর বৃদ্ধির সাথে সাথে অণুগুলোর মধ্যকার ভ্যানডার ওয়ালস বল বা লন্ডন বিস্তারণ বলের মান শক্তিশালী হয়। ফলে অণুগুলোকে পরস্পর থেকে মুক্ত করতে বেশি তাপের প্রয়োজন হয় এবং স্ফুটনাঙ্ক ক্রমান্বয়ে বাড়তে থাকে।

নিচে হাইড্রোজেন বন্ধন ও ভ্যানডার ওয়ালস বলের এই ক্রিয়াকৌশলটি চিত্রের মাধ্যমে প্রদর্শন করা হলো:




HF-এর আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন (উচ্চ স্ফুটনাঙ্ক):
H
+

F
-



H

F



H

F




HCl থেকে HI এর দিকে (ভ্যানডার ওয়ালস বল বৃদ্ধি):
HCl (ক্ষুদ্র আকার, দুর্বল আকর্ষণ)

HI (বৃহৎ আকার, শক্তিশালী ভ্যানডার ওয়ালস)



সামগ্রিক বিশ্লেষণে বলা যায়, উদ্দীপকের লেখচিত্রটির প্রথম ধাপে নিম্নগামীতা হাইড্রোজেন বন্ধনের অনুপস্থিতি প্রকাশ করে এবং পরবর্তী ধাপে ঊর্ধ্বগামীতা আণবিক ভর ও ভ্যানডার ওয়ালস বলের নিয়মিত বৃদ্ধির প্রকৃতিকে সুনির্দিষ্টভাবে প্রদর্শন করে।