ID#4873 Higher Math 2nd CQ (Dhaka 2023)

ক) ভ্যানডার ওয়ালস আকর্ষণ বল কাকে বলে।

অপোলার সমযোজী অণুসমূহের মধ্যে এক প্রকার অত্যন্ত দুর্বল আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল কাজ করে, যার কারণে অণুগুলো একে অপরের সংস্পর্শে আসে; এই দুর্বল আকর্ষণ বলকে ভ্যানডার ওয়ালস আকর্ষণ বল বলে।

খ) অক্সিজেনের দ্বিতীয় ইলেকট্রন আসক্তির মান ধনাত্মক কেন? ব্যাখ্যা করো?

গ্যাসীয় অবস্থায় কোনো অধাতব পরমাণুর বহিঃস্থ স্তরে ১ম ইলেকট্রন প্রবেশের সময় শক্তি নির্গত হয়, তাই প্রথম ইলেকট্রন আসক্তির মান ঋণাত্মক। কিন্তু অক্সিজেনের ক্ষেত্রে যখন দ্বিতীয় ইলেকট্রনটি প্রবেশ করানো হয়, তখন পূর্বেই গঠিত একক ঋণাত্মক আধানযুক্ত অক্সাইড আয়ন ($O^-$) এবং আগত নতুন ঋণাত্মক ইলেকট্রনের মধ্যে তীব্র পারস্পরিক স্থিরবৈদ্যুতিক বিকর্ষণ ঘটে।

এই বিকর্ষণ বলের বিরুদ্ধে ইলেকট্রনটিকে জোরপূর্বক প্রবেশ করানোর জন্য বাহির থেকে অতিরিক্ত শক্তি সরবরাহ করতে হয়। যেহেতু এই প্রক্রিয়ায় শক্তি শোষিত হয়, তাই অক্সিজেনের দ্বিতীয় ইলেকট্রন আসক্তির মান ধনাত্মক ($\Delta H = \text{positive}$) হয়।

গ) উদ্দীপকের 'E' অপেক্ষা 'D' এর আয়নিকরণ বিভব বেশি কেন? ব্যাখ্যা করো।

উদ্দীপকের ছক অনুসারে, $n = 3$।
অতএব,
D মৌলটির সর্ববহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রন বিন্যাস: $3s^2$ (মৌলটি হলো ম্যাগনেসিয়াম, $_{12}\text{Mg}$)
E মৌলটির সর্ববহিঃস্থ স্তরের ইলেকট্রন বিন্যাস: $3s^2 3p^4$ (মৌলটি হলো সালফার, $_{16}\text{S}$)

সাধারণ নিয়ম অনুযায়ী, একই পর্যায়ের বাম থেকে ডানে গেলে পরমাণুর আকার হ্রাস পায় এবং নিউক্লিয়াসের প্রতি বহিঃস্থ ইলেকট্রনের আকর্ষণ বৃদ্ধি পাওয়ায় আয়নীকরণ বিভব বৃদ্ধি পাওয়ার কথা। সেই হিসেবে সালফারের (E) আয়নীকরণ বিভব ম্যাগনেসিয়াম (D) অপেক্ষা বেশি হওয়ার কথা ছিল।

কিন্তু ইলেকট্রন বিন্যাসের স্থায়িত্বের কারণে এখানে ব্যতিক্রম দেখা যায়। মৌল দুটির পূর্ণ ইলেকট্রন বিন্যাস লক্ষ্য করি:
$\text{D (Mg)} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$
$\text{E (S)} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p_x^2 3p_y^1 3p_z^1$

ম্যাগনেসিয়ামের (D) সর্ববহিঃস্থ $3s$ উপশক্তিস্তরটি ইলেকট্রন দ্বারা পূর্ণ ($3s^2$), যা অত্যন্ত সুস্থিত বা স্থিতিশীল ইলেকট্রন বিন্যাস নির্দেশ করে। পক্ষান্তরে, সালফারের (E) সর্ববহিঃস্থ $3p$ উপশক্তিস্তরটি পূর্ণ বা অর্ধেক পূর্ণ কোনোটিই নয় ($3p^4$); ফলে এটি ম্যাগনেসিয়ামের তুলনায় কম স্থিতিশীল।

ম্যাগনেসিয়ামের এই সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাস থেকে একটি ইলেকট্রন অপসারিত করতে সালফার অপেক্ষা অনেক বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়। এই কারণেই উদ্দীপকের 'E' (সালফার) অপেক্ষা 'D' (ম্যাগনেসিয়াম) এর আয়নীকরণ বিভবের মান বেশি।

ঘ) $\text{DCO}_3$ ও $\text{FCO}_3$ এর মধ্যে কোনটি অধিক তাপে বিয়োজিত হয়? যুক্তিসহ বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপক ও 'গ' হতে প্রাপ্ত:
D মৌলটি হলো ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}$), যা একটি মৃৎক্ষার ধাতু এবং এর ক্যাটায়ন হলো $\text{Mg}^{2+}$।
F মৌলটির ইলেকট্রন বিন্যাস $(3+1)s^1 = 4s^1$। সুতরাং F মৌলটি হলো পটাশিয়াম ($\text{K}$), যা একটি ক্ষার ধাতু এবং এর ক্যাটায়ন হলো $\text{K}^+$।

অতএব,
$\text{DCO}_3 \rightarrow \text{MgCO}_3$ (ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট)
$\text{FCO}_3 \rightarrow \text{K}_2\text{CO}_3$ (পটাশিয়াম কার্বনেট; পটাশিয়ামের যোজনী ১ হওয়ায় সংকেতটি প্রচলিত নিয়মে $\text{K}_2\text{CO}_3$ হবে)

ধাতব কার্বনেটসমূহের তাপীয় স্থায়িত্ব ক্যাটায়নের পোলারায়ন ক্ষমতার ওপর নির্ভর করে, যা ফাজানের নীতি (Fajans' Rules) দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায়। ফাজানের নীতি অনুযায়ী, ক্যাটায়নের আকার যত ছোট এবং আধান বা চার্জ যত বেশি হয়, তার পোলারায়ন ক্ষমতা তত বেশি হয়।

১. $\text{Mg}^{2+}$ ও $\text{K}^+$ আয়নের চার্জ ও আকার তুলনা করে দেখা যায় যে, $\text{Mg}^{2+}$ এর চার্জ বেশি ($+2$) এবং আকার $\text{K}^+$ অপেক্ষা ছোট। ফলে $\text{Mg}^{2+}$ আয়নের আধান ঘনত্ব ও পোলারায়ন ক্ষমতা $\text{K}^+$ অপেক্ষা অনেক বেশি।
২. উচ্চ পোলারায়ন ক্ষমতার কারণে $\text{Mg}^{2+}$ আয়ন $\text{CO}_3^{2-}$ আয়নের ইলেকট্রন মেঘকে তীব্রভাবে নিজের দিকে বিকৃত (পোলারায়িত) করে। এর ফলে $\text{MgCO}_3$ এর মধ্যে সমযোজী বৈশিষ্ট্য বৃদ্ধি পায় এবং $\text{C}-\text{O}$ বন্ধনটি দুর্বল হয়ে পড়ে। ফলে এটি সামান্য তাপেই সহজে বিয়োজিত হয়ে ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড ও কার্বন ডাইঅক্সাইড উৎপন্ন করে:
$\text{MgCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{MgO} + \text{CO}_2$

৩. অন্যদিকে, $\text{K}^+$ আয়নের চার্জ কম ($+1$) এবং আকার বড় হওয়ায় এর পোলারায়ন ক্ষমতা অত্যন্ত নগণ্য। ফলে $\text{K}_2\text{CO}_3$ যৌগে বিশুদ্ধ আয়নিক বৈশিষ্ট্য বজায় থাকে এবং এর বন্ধন অত্যন্ত দৃঢ় হয়। এটি অতি উচ্চ তাপমাত্রাতেও সহজে বিয়োজিত হয় না (এর গলনাঙ্ক প্রায় $891^\circ\text{C}$)।

সুতরাং, পটাশিয়াম কার্বনেট ($\text{FCO}_3$) এর তাপীয় স্থায়িত্ব ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট ($\text{DCO}_3$) অপেক্ষা অনেক বেশি।

উত্তর: উদ্দীপকের $\text{DCO}_3$ ও $\text{FCO}_3$ এর মধ্যে $\text{FCO}_3$ ($\text{K}_2\text{CO}_3$) অধিক তাপে বিয়োজিত হয়।