Bigyanbook-এ তোমাদের স্বাগতম! WBCHSE Class 12 Semester 4 পরীক্ষার রসায়ন (Chemistry) সিলেবাসের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ ইউনিট হলো d and f Block Elements। এই ইউনিট থেকে ৩ নম্বরের ব্যাখ্যামূলক প্রশ্ন পরীক্ষায় আসবে। তোমাদের প্রস্তুতির জন্য ফাইন্যাল পরীক্ষার স্ট্যান্ডার্ডে তৈরি ১৫টি ডেমো প্রশ্নোত্তর নিচে দেওয়া হলো।
গুরুত্বপূর্ণ ৩ নম্বরের প্রশ্নোত্তর (Free Version)
Marks: 3
১. সন্ধিগত মৌল (Transition Elements) কাদের বলে? জিংক (Zn), ক্যাডমিয়াম (Cd) ও মার্কারি (Hg)-কে সন্ধিগত মৌল বলা হয় না কেন?
উত্তর:
সন্ধিগত মৌল: যেসব মৌলের ভূমিস্তরে (Ground state) অথবা কোনো সুস্থিত জারণ অবস্থায় d-উপকক্ষটি আংশিকভাবে পূর্ণ ($d^{1}$ থেকে $d^{9}$) থাকে, তাদের সন্ধিগত মৌল বলে।
Zn, Cd, Hg কে সন্ধিগত মৌল না বলার কারণ:
জিংক ($3d^{10} 4s^2$), ক্যাডমিয়াম ($4d^{10} 5s^2$) এবং মার্কারি ($5d^{10} 6s^2$)-এর ভূমিস্তরে এবং এদের সাধারণ সুস্থিত জারণ অবস্থায় ($Zn^{2+}, Cd^{2+}, Hg^{2+}$) d-উপকক্ষটি সম্পূর্ণ পূর্ণ ($d^{10}$) থাকে। এদের কোনো অবস্থাতেই আংশিক পূর্ণ d-উপকক্ষ থাকে না। তাই সংজ্ঞানুযায়ী এদের সন্ধিগত মৌল ধরা হয় না।
সন্ধিগত মৌল: যেসব মৌলের ভূমিস্তরে (Ground state) অথবা কোনো সুস্থিত জারণ অবস্থায় d-উপকক্ষটি আংশিকভাবে পূর্ণ ($d^{1}$ থেকে $d^{9}$) থাকে, তাদের সন্ধিগত মৌল বলে।
Zn, Cd, Hg কে সন্ধিগত মৌল না বলার কারণ:
জিংক ($3d^{10} 4s^2$), ক্যাডমিয়াম ($4d^{10} 5s^2$) এবং মার্কারি ($5d^{10} 6s^2$)-এর ভূমিস্তরে এবং এদের সাধারণ সুস্থিত জারণ অবস্থায় ($Zn^{2+}, Cd^{2+}, Hg^{2+}$) d-উপকক্ষটি সম্পূর্ণ পূর্ণ ($d^{10}$) থাকে। এদের কোনো অবস্থাতেই আংশিক পূর্ণ d-উপকক্ষ থাকে না। তাই সংজ্ঞানুযায়ী এদের সন্ধিগত মৌল ধরা হয় না।
Marks: 3
২. ক্রোমিয়াম (Cr) এবং কপারের (Cu) ইলেকট্রন বিন্যাস সাধারণ নিয়মের ব্যতিক্রম হয় কেন?
উত্তর:
আউফবাউ নীতি অনুযায়ী ক্রোমিয়াম (Cr, Z=24) এবং কপার (Cu, Z=29) এর ইলেকট্রন বিন্যাস যথাক্রমে $[Ar] 3d^4 4s^2$ এবং $[Ar] 3d^9 4s^2$ হওয়া উচিত। কিন্তু বাস্তবে এদের ইলেকট্রন বিন্যাস হয়:
Cr: $[Ar] 3d^5 4s^1$
Cu: $[Ar] 3d^{10} 4s^1$
কারণ: হুন্ডের সূত্র অনুযায়ী, সম্পূর্ণ পূর্ণ ($d^{10}$) এবং অর্ধপূর্ণ ($d^5$) উপকক্ষগুলির স্থায়িত্ব আংশিক পূর্ণ উপকক্ষের চেয়ে অনেক বেশি হয়। তাই সুস্থিতি লাভের জন্যই ক্রোমিয়ামের ক্ষেত্রে 4s থেকে একটি ইলেকট্রন 3d-তে গিয়ে অর্ধপূর্ণ ($3d^5$) গঠন করে এবং কপারের ক্ষেত্রে সম্পূর্ণ পূর্ণ ($3d^{10}$) গঠন করে।
আউফবাউ নীতি অনুযায়ী ক্রোমিয়াম (Cr, Z=24) এবং কপার (Cu, Z=29) এর ইলেকট্রন বিন্যাস যথাক্রমে $[Ar] 3d^4 4s^2$ এবং $[Ar] 3d^9 4s^2$ হওয়া উচিত। কিন্তু বাস্তবে এদের ইলেকট্রন বিন্যাস হয়:
Cr: $[Ar] 3d^5 4s^1$
Cu: $[Ar] 3d^{10} 4s^1$
কারণ: হুন্ডের সূত্র অনুযায়ী, সম্পূর্ণ পূর্ণ ($d^{10}$) এবং অর্ধপূর্ণ ($d^5$) উপকক্ষগুলির স্থায়িত্ব আংশিক পূর্ণ উপকক্ষের চেয়ে অনেক বেশি হয়। তাই সুস্থিতি লাভের জন্যই ক্রোমিয়ামের ক্ষেত্রে 4s থেকে একটি ইলেকট্রন 3d-তে গিয়ে অর্ধপূর্ণ ($3d^5$) গঠন করে এবং কপারের ক্ষেত্রে সম্পূর্ণ পূর্ণ ($3d^{10}$) গঠন করে।
Marks: 3
৩. সন্ধিগত মৌলগুলি পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা (Variable Oxidation States) প্রদর্শন করে কেন? 3d সারির কোন মৌল সর্বাধিক জারণ অবস্থা দেখায়?
উত্তর:
কারণ: সন্ধিগত মৌলগুলির সর্ববহিঃস্থ s-উপকক্ষ (ns) এবং তার ঠিক ভেতরের d-উপকক্ষের (n-1)d শক্তির পার্থক্য খুব সামান্য হয়। ফলে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় শুধুমাত্র ns উপকক্ষের ইলেকট্রনগুলিই নয়, (n-1)d উপকক্ষের ইলেকট্রনগুলিও বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করতে পারে। তাই এরা একাধিক বা পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
সর্বাধিক জারণ অবস্থা: 3d সারির মৌলগুলির মধ্যে ম্যাঙ্গানিজ (Mn, Z=25) সর্বাধিক জারণ অবস্থা (+7) প্রদর্শন করে। কারণ ম্যাঙ্গানিজের বাইরের কক্ষে সর্বাধিক সংখ্যক অযুগ্ম ইলেকট্রন ($3d^5 4s^2$) থাকে।
কারণ: সন্ধিগত মৌলগুলির সর্ববহিঃস্থ s-উপকক্ষ (ns) এবং তার ঠিক ভেতরের d-উপকক্ষের (n-1)d শক্তির পার্থক্য খুব সামান্য হয়। ফলে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় শুধুমাত্র ns উপকক্ষের ইলেকট্রনগুলিই নয়, (n-1)d উপকক্ষের ইলেকট্রনগুলিও বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করতে পারে। তাই এরা একাধিক বা পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
সর্বাধিক জারণ অবস্থা: 3d সারির মৌলগুলির মধ্যে ম্যাঙ্গানিজ (Mn, Z=25) সর্বাধিক জারণ অবস্থা (+7) প্রদর্শন করে। কারণ ম্যাঙ্গানিজের বাইরের কক্ষে সর্বাধিক সংখ্যক অযুগ্ম ইলেকট্রন ($3d^5 4s^2$) থাকে।
Marks: 3
৪. সন্ধিগত ধাতুর আয়নগুলি সাধারণত রঙিন হয় কেন? $Sc^{3+}$ এবং $Zn^{2+}$ আয়ন বর্ণহীন কেন?
উত্তর:
রঙিন হওয়ার কারণ: সন্ধিগত ধাতব আয়নে আংশিক পূর্ণ d-উপকক্ষ থাকলে, দৃশ্যমান আলো শোষণ করে ইলেকট্রন একটি নিম্ন শক্তির d-অরবিটাল থেকে উচ্চ শক্তির d-অরবিটালে লাফিয়ে যায়। একে d-d স্থানান্তর (d-d transition) বলে। শোষিত আলোর পরিপূরক বর্ণটি প্রতিফলিত হয় বলে আয়নটিকে রঙিন দেখায়।
বর্ণহীন হওয়ার কারণ: $Sc^{3+}$ ($3d^0$) আয়নে কোনো d-ইলেকট্রন নেই এবং $Zn^{2+}$ ($3d^{10}$) আয়নে d-উপকক্ষ সম্পূর্ণ পূর্ণ থাকে। উভয় ক্ষেত্রেই ইলেকট্রনের d-d স্থানান্তর সম্ভব নয়। তাই এই আয়নগুলি বর্ণহীন হয়।
রঙিন হওয়ার কারণ: সন্ধিগত ধাতব আয়নে আংশিক পূর্ণ d-উপকক্ষ থাকলে, দৃশ্যমান আলো শোষণ করে ইলেকট্রন একটি নিম্ন শক্তির d-অরবিটাল থেকে উচ্চ শক্তির d-অরবিটালে লাফিয়ে যায়। একে d-d স্থানান্তর (d-d transition) বলে। শোষিত আলোর পরিপূরক বর্ণটি প্রতিফলিত হয় বলে আয়নটিকে রঙিন দেখায়।
বর্ণহীন হওয়ার কারণ: $Sc^{3+}$ ($3d^0$) আয়নে কোনো d-ইলেকট্রন নেই এবং $Zn^{2+}$ ($3d^{10}$) আয়নে d-উপকক্ষ সম্পূর্ণ পূর্ণ থাকে। উভয় ক্ষেত্রেই ইলেকট্রনের d-d স্থানান্তর সম্ভব নয়। তাই এই আয়নগুলি বর্ণহীন হয়।
Marks: 3
৫. সন্ধিগত ধাতু ও তাদের যৌগগুলি ভালো অনুঘটক (Catalyst) হিসেবে কাজ করে কেন?
উত্তর:
সন্ধিগত ধাতুগুলি উৎকৃষ্ট অনুঘটক হিসেবে কাজ করার প্রধান কারণগুলি হলো:
১. পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: এরা একাধিক জারণ অবস্থা প্রদর্শন করতে পারে। ফলে এরা বিক্রিয়কের সাথে সহজে যুক্ত হয়ে অস্থায়ী অন্তর্বর্তী যৌগ গঠন করতে পারে এবং বিক্রিয়ার সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস করে।
২. ফাঁকা d-অরবিটাল: এদের ফাঁকা d-অরবিটাল থাকার জন্য এরা বিক্রিয়ক অণুগুলিকে সহজে অধিশোষণ (Adsorption) করতে পারে।
৩. বৃহৎ পৃষ্ঠতল: চূর্ণ অবস্থায় এদের পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল খুব বেশি হয়, যা বিক্রিয়া ত্বরান্বিত করে।
সন্ধিগত ধাতুগুলি উৎকৃষ্ট অনুঘটক হিসেবে কাজ করার প্রধান কারণগুলি হলো:
১. পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: এরা একাধিক জারণ অবস্থা প্রদর্শন করতে পারে। ফলে এরা বিক্রিয়কের সাথে সহজে যুক্ত হয়ে অস্থায়ী অন্তর্বর্তী যৌগ গঠন করতে পারে এবং বিক্রিয়ার সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস করে।
২. ফাঁকা d-অরবিটাল: এদের ফাঁকা d-অরবিটাল থাকার জন্য এরা বিক্রিয়ক অণুগুলিকে সহজে অধিশোষণ (Adsorption) করতে পারে।
৩. বৃহৎ পৃষ্ঠতল: চূর্ণ অবস্থায় এদের পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল খুব বেশি হয়, যা বিক্রিয়া ত্বরান্বিত করে।
Marks: 3
৬. সন্ধিগত মৌলগুলির চৌম্বক ধর্ম কীভাবে সৃষ্টি হয়? $Fe^{3+}$ এবং $Fe^{2+}$ এর মধ্যে কার প্যারাম্যাগনেটিক ধর্ম বেশি এবং কেন?
উত্তর:
চৌম্বক ধর্মের সৃষ্টি: সন্ধিগত ধাতু বা আয়নে উপস্থিত অযুগ্ম ইলেকট্রন-এর জন্য এদের প্যারাম্যাগনেটিক ধর্ম সৃষ্টি হয়। চৌম্বক ভ্রামক $\mu = \sqrt{n(n+2)}$ B.M., যেখানে $n$ হলো অযুগ্ম ইলেকট্রন সংখ্যা।
তুলনা:
$Fe^{3+}$ এর বিন্যাস: $[Ar] 3d^5$ (অযুগ্ম ইলেকট্রন, $n = 5$)
$Fe^{2+}$ এর বিন্যাস: $[Ar] 3d^6$ (অযুগ্ম ইলেকট্রন, $n = 4$)
যেহেতু $Fe^{3+}$ আয়নে অযুগ্ম ইলেকট্রনের সংখ্যা বেশি ($5 > 4$), তাই এর চৌম্বক ভ্রামক বেশি। সুতরাং, $Fe^{3+}$ এর প্যারাম্যাগনেটিক ধর্ম $Fe^{2+}$ অপেক্ষা বেশি।
চৌম্বক ধর্মের সৃষ্টি: সন্ধিগত ধাতু বা আয়নে উপস্থিত অযুগ্ম ইলেকট্রন-এর জন্য এদের প্যারাম্যাগনেটিক ধর্ম সৃষ্টি হয়। চৌম্বক ভ্রামক $\mu = \sqrt{n(n+2)}$ B.M., যেখানে $n$ হলো অযুগ্ম ইলেকট্রন সংখ্যা।
তুলনা:
$Fe^{3+}$ এর বিন্যাস: $[Ar] 3d^5$ (অযুগ্ম ইলেকট্রন, $n = 5$)
$Fe^{2+}$ এর বিন্যাস: $[Ar] 3d^6$ (অযুগ্ম ইলেকট্রন, $n = 4$)
যেহেতু $Fe^{3+}$ আয়নে অযুগ্ম ইলেকট্রনের সংখ্যা বেশি ($5 > 4$), তাই এর চৌম্বক ভ্রামক বেশি। সুতরাং, $Fe^{3+}$ এর প্যারাম্যাগনেটিক ধর্ম $Fe^{2+}$ অপেক্ষা বেশি।
Marks: 3
৭. 3d সন্ধিগত সারিতে বামদিক থেকে ডানদিকে গেলে পারমাণবিক ব্যাসার্ধ কীভাবে পরিবর্তিত হয় তা ব্যাখ্যা করো।
উত্তর:
3d সারিতে Sc (Z=21) থেকে Zn (Z=30) পর্যন্ত পারমাণবিক ব্যাসার্ধের পরিবর্তনের তিনটি পর্যায় দেখা যায়:
১. প্রথম দিকে হ্রাস: Sc থেকে Cr পর্যন্ত ব্যাসার্ধ হ্রাস পায়, কারণ নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায়।
২. মাঝের অংশে প্রায় স্থির: Mn থেকে Ni পর্যন্ত ব্যাসার্ধ প্রায় একই থাকে, কারণ d-ইলেকট্রন সংখ্যা বৃদ্ধি পাওয়ায় ইলেকট্রন-ইলেকট্রন বিকর্ষণ বল এবং নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল একে অপরকে প্রশমিত করে।
৩. শেষের দিকে বৃদ্ধি: Cu থেকে Zn এ ব্যাসার্ধ সামান্য বৃদ্ধি পায়, কারণ d-উপকক্ষ সম্পূর্ণ পূর্ণ হওয়ায় বিকর্ষণ বল আকর্ষণ বলের চেয়ে শক্তিশালী হয়ে যায়।
3d সারিতে Sc (Z=21) থেকে Zn (Z=30) পর্যন্ত পারমাণবিক ব্যাসার্ধের পরিবর্তনের তিনটি পর্যায় দেখা যায়:
১. প্রথম দিকে হ্রাস: Sc থেকে Cr পর্যন্ত ব্যাসার্ধ হ্রাস পায়, কারণ নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায়।
২. মাঝের অংশে প্রায় স্থির: Mn থেকে Ni পর্যন্ত ব্যাসার্ধ প্রায় একই থাকে, কারণ d-ইলেকট্রন সংখ্যা বৃদ্ধি পাওয়ায় ইলেকট্রন-ইলেকট্রন বিকর্ষণ বল এবং নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল একে অপরকে প্রশমিত করে।
৩. শেষের দিকে বৃদ্ধি: Cu থেকে Zn এ ব্যাসার্ধ সামান্য বৃদ্ধি পায়, কারণ d-উপকক্ষ সম্পূর্ণ পূর্ণ হওয়ায় বিকর্ষণ বল আকর্ষণ বলের চেয়ে শক্তিশালী হয়ে যায়।
Marks: 3
৮. সন্ধিগত মৌলগুলি অন্তর্বর্তী যৌগ (Interstitial Compounds) গঠন করে কেন? এদের দুটি বৈশিষ্ট্য লেখো।
উত্তর:
কারণ: সন্ধিগত ধাতুগুলির কেলাস জালকে (Crystal lattice) পরমাণুগুলির মাঝে কিছু ক্ষুদ্র ফাঁক বা শূন্যস্থান থাকে, যাদের ইন্টারস্টিশিয়াল স্থান বলে। যখন অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকারের অধাতব পরমাণুগুলি (যেমন- H, C, N) এই ফাঁকা স্থানগুলিতে প্রবেশ করে আটকে পড়ে, তখন যে যৌগ গঠিত হয় তাদের অন্তর্বর্তী যৌগ বা Interstitial Compounds বলে।
বৈশিষ্ট্য:
১. এই যৌগগুলি অত্যন্ত শক্ত এবং কঠিন হয়।
২. এদের গলনাঙ্ক বিশুদ্ধ ধাতুর গলনাঙ্কের চেয়ে অনেক বেশি হয়, তবে এদের ধাতব পরিবাহিতা বজায় থাকে।
কারণ: সন্ধিগত ধাতুগুলির কেলাস জালকে (Crystal lattice) পরমাণুগুলির মাঝে কিছু ক্ষুদ্র ফাঁক বা শূন্যস্থান থাকে, যাদের ইন্টারস্টিশিয়াল স্থান বলে। যখন অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকারের অধাতব পরমাণুগুলি (যেমন- H, C, N) এই ফাঁকা স্থানগুলিতে প্রবেশ করে আটকে পড়ে, তখন যে যৌগ গঠিত হয় তাদের অন্তর্বর্তী যৌগ বা Interstitial Compounds বলে।
বৈশিষ্ট্য:
১. এই যৌগগুলি অত্যন্ত শক্ত এবং কঠিন হয়।
২. এদের গলনাঙ্ক বিশুদ্ধ ধাতুর গলনাঙ্কের চেয়ে অনেক বেশি হয়, তবে এদের ধাতব পরিবাহিতা বজায় থাকে।
Marks: 3
৯. 3d সারির মৌলগুলির আয়নায়ন এনথালপি বামদিক থেকে ডানদিকে গেলে কীভাবে পরিবর্তিত হয়? $Zn$-এর আয়নায়ন এনথালপি খুব বেশি কেন?
উত্তর:
সাধারণ প্রবণতা: 3d সারিতে বামদিক থেকে ডানদিকে গেলে পারমাণবিক ব্যাসার্ধ হ্রাস পায় এবং নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায়। ফলে সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রনের ওপর আকর্ষণ বৃদ্ধি পাওয়ায় আয়নায়ন এনথালপির মান ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়।
Zn-এর আয়নায়ন এনথালপি বেশি হওয়ার কারণ: জিংকের (Zn, Z=30) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $[Ar] 3d^{10} 4s^2$। এখানে 3d এবং 4s উভয় উপকক্ষই সম্পূর্ণ পূর্ণ অবস্থায় থাকে, যা অত্যন্ত সুস্থিত একটি ইলেকট্রন বিন্যাস। এই সুস্থিত বিন্যাস থেকে ইলেকট্রন অপসারণ করতে প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়, তাই এর আয়নায়ন এনথালপি অনেক বেশি।
সাধারণ প্রবণতা: 3d সারিতে বামদিক থেকে ডানদিকে গেলে পারমাণবিক ব্যাসার্ধ হ্রাস পায় এবং নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায়। ফলে সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রনের ওপর আকর্ষণ বৃদ্ধি পাওয়ায় আয়নায়ন এনথালপির মান ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়।
Zn-এর আয়নায়ন এনথালপি বেশি হওয়ার কারণ: জিংকের (Zn, Z=30) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $[Ar] 3d^{10} 4s^2$। এখানে 3d এবং 4s উভয় উপকক্ষই সম্পূর্ণ পূর্ণ অবস্থায় থাকে, যা অত্যন্ত সুস্থিত একটি ইলেকট্রন বিন্যাস। এই সুস্থিত বিন্যাস থেকে ইলেকট্রন অপসারণ করতে প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়, তাই এর আয়নায়ন এনথালপি অনেক বেশি।
Marks: 3
১০. সন্ধিগত ধাতুগুলি খুব সহজেই সংকর ধাতু (Alloy) তৈরি করতে পারে কেন?
উত্তর:
সংকর ধাতু হলো একাধিক ধাতুর সমসত্ব মিশ্রণ। সন্ধিগত ধাতুগুলি সহজে সংকর ধাতু তৈরি করার প্রধান কারণগুলি হলো:
১. পারমাণবিক ব্যাসার্ধের মিল: একই সারির সন্ধিগত মৌলগুলির পারমাণবিক ব্যাসার্ধের পার্থক্য খুব কম (১৫% এর কম) হয়। ফলে মিশ্রিত অবস্থায় একটি ধাতুর কেলাস জালকে অন্য ধাতুর পরমাণু সহজেই স্থান দখল করতে পারে।
২. একই প্রকার গঠন: এদের কেলাস গঠন এবং রাসায়নিক ধর্ম প্রায় একই রকম হওয়ার কারণে এরা একে অপরের সাথে মিলে কঠিন দ্রবণ বা সংকর ধাতু (যেমন- ব্রাস, ব্রোঞ্জ, স্টেইনলেস স্টিল) গঠন করতে পারে।
সংকর ধাতু হলো একাধিক ধাতুর সমসত্ব মিশ্রণ। সন্ধিগত ধাতুগুলি সহজে সংকর ধাতু তৈরি করার প্রধান কারণগুলি হলো:
১. পারমাণবিক ব্যাসার্ধের মিল: একই সারির সন্ধিগত মৌলগুলির পারমাণবিক ব্যাসার্ধের পার্থক্য খুব কম (১৫% এর কম) হয়। ফলে মিশ্রিত অবস্থায় একটি ধাতুর কেলাস জালকে অন্য ধাতুর পরমাণু সহজেই স্থান দখল করতে পারে।
২. একই প্রকার গঠন: এদের কেলাস গঠন এবং রাসায়নিক ধর্ম প্রায় একই রকম হওয়ার কারণে এরা একে অপরের সাথে মিলে কঠিন দ্রবণ বা সংকর ধাতু (যেমন- ব্রাস, ব্রোঞ্জ, স্টেইনলেস স্টিল) গঠন করতে পারে।
Marks: 3
১১. ক্রোমেট ও ডাইক্রোমেট আয়নের ওপর pH-এর প্রভাব লেখো।
উত্তর:
জলীয় দ্রবণে ক্রোমেট ($CrO_4^{2-}$, হলুদ বর্ণ) এবং ডাইক্রোমেট ($Cr_2O_7^{2-}$, কমলা বর্ণ) আয়ন একে অপরের সাথে একটি সাম্যাবস্থায় থাকে, যা দ্রবণের pH-এর ওপর নির্ভর করে।
pH বাড়ালে (ক্ষারীয় মাধ্যম): $OH^-$ যুক্ত হয়ে $H^+$ কে প্রশমিত করে। তখন সাম্যাবস্থা বামদিকে সরে যায় এবং ডাইক্রোমেট আয়ন পুনরায় হলুদ ক্রোমেট আয়নে পরিণত হয়।
জলীয় দ্রবণে ক্রোমেট ($CrO_4^{2-}$, হলুদ বর্ণ) এবং ডাইক্রোমেট ($Cr_2O_7^{2-}$, কমলা বর্ণ) আয়ন একে অপরের সাথে একটি সাম্যাবস্থায় থাকে, যা দ্রবণের pH-এর ওপর নির্ভর করে।
$$ 2CrO_4^{2-} \text{ (হলুদ)} + 2H^+ \rightleftharpoons Cr_2O_7^{2-} \text{ (কমলা)} + H_2O $$
pH কমালে (আম্লিক মাধ্যম): $H^+$ এর ঘনত্ব বাড়ে, ফলে সাম্যাবস্থা ডানদিকে সরে যায় এবং হলুদ ক্রোমেট কমলা রঙের ডাইক্রোমেট আয়নে পরিণত হয়।pH বাড়ালে (ক্ষারীয় মাধ্যম): $OH^-$ যুক্ত হয়ে $H^+$ কে প্রশমিত করে। তখন সাম্যাবস্থা বামদিকে সরে যায় এবং ডাইক্রোমেট আয়ন পুনরায় হলুদ ক্রোমেট আয়নে পরিণত হয়।
Marks: 3
১২. ক্রোমাইট আকরিক থেকে পটাশিয়াম ডাইক্রোমেট ($K_2Cr_2O_7$) প্রস্তুতির ধাপগুলি সমীকরণসহ লেখো।
উত্তর:
ধাপ ১: ক্রোমাইট আকরিককে ($FeCr_2O_4$) সোডিয়াম কার্বনেট ও বাতাসের উপস্থিতিতে উত্তপ্ত করে সোডিয়াম ক্রোমেটে ($Na_2CrO_4$) পরিণত করা হয়।
ধাপ ১: ক্রোমাইট আকরিককে ($FeCr_2O_4$) সোডিয়াম কার্বনেট ও বাতাসের উপস্থিতিতে উত্তপ্ত করে সোডিয়াম ক্রোমেটে ($Na_2CrO_4$) পরিণত করা হয়।
$$ 4FeCr_2O_4 + 8Na_2CO_3 + 7O_2 \rightarrow 8Na_2CrO_4 + 2Fe_2O_3 + 8CO_2 $$
ধাপ ২: হলুদ সোডিয়াম ক্রোমেট দ্রবণকে লঘু $H_2SO_4$ দ্বারা আম্লিক করলে এটি কমলা সোডিয়াম ডাইক্রোমেটে রূপান্তরিত হয়।
$$ 2Na_2CrO_4 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2Cr_2O_7 + Na_2SO_4 + H_2O $$
ধাপ ৩: সোডিয়াম ডাইক্রোমেটের গাঢ় দ্রবণের সাথে KCl মেশালে পটাশিয়াম ডাইক্রোমেটের কমলা রঙের কেলাস অধঃক্ষিপ্ত হয়।
$$ Na_2Cr_2O_7 + 2KCl \rightarrow K_2Cr_2O_7 + 2NaCl $$
Marks: 3
১৩. ল্যান্থানাইড সংকোচন (Lanthanoid Contraction) কাকে বলে? এর প্রধান কারণ কী?
উত্তর:
ল্যান্থানাইড সংকোচন: ল্যান্থানাইড সারিতে Ce (Z=58) থেকে Lu (Z=71) পর্যন্ত পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে মৌলগুলির পারমাণবিক ব্যাসার্ধ এবং ত্রিযোজী আয়নের ($M^{3+}$) ব্যাসার্ধ নিয়মিতভাবে হ্রাস পায়। এই নিয়মিত হ্রাস পাওয়াকেই ল্যান্থানাইড সংকোচন বলে।
কারণ: পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে নতুন ইলেকট্রনগুলি ভেতরের 4f-উপকক্ষে প্রবেশ করে। 4f-অরবিটালের আকার অত্যন্ত ছড়ানো হওয়ার কারণে এদের আবরণী প্রভাব (Shielding effect) খুবই দুর্বল হয়। ফলে নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায় এবং নিউক্লিয়াস কর্তৃক বাইরের কক্ষের ইলেকট্রনের প্রতি আকর্ষণ বল বেড়ে পরমাণুর আকার সংকুচিত হতে থাকে।
ল্যান্থানাইড সংকোচন: ল্যান্থানাইড সারিতে Ce (Z=58) থেকে Lu (Z=71) পর্যন্ত পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে মৌলগুলির পারমাণবিক ব্যাসার্ধ এবং ত্রিযোজী আয়নের ($M^{3+}$) ব্যাসার্ধ নিয়মিতভাবে হ্রাস পায়। এই নিয়মিত হ্রাস পাওয়াকেই ল্যান্থানাইড সংকোচন বলে।
কারণ: পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে নতুন ইলেকট্রনগুলি ভেতরের 4f-উপকক্ষে প্রবেশ করে। 4f-অরবিটালের আকার অত্যন্ত ছড়ানো হওয়ার কারণে এদের আবরণী প্রভাব (Shielding effect) খুবই দুর্বল হয়। ফলে নিউক্লিয়াসের কার্যকরী আধান বৃদ্ধি পায় এবং নিউক্লিয়াস কর্তৃক বাইরের কক্ষের ইলেকট্রনের প্রতি আকর্ষণ বল বেড়ে পরমাণুর আকার সংকুচিত হতে থাকে।
Marks: 3
১৪. ল্যান্থানাইড মৌলগুলির সাধারণ জারণ অবস্থা কী? $Ce$ (সেরিয়াম) +4 জারণ অবস্থা দেখায় কেন?
উত্তর:
সাধারণ জারণ অবস্থা: সমস্ত ল্যান্থানাইড মৌলগুলির সবচেয়ে সুস্থিত এবং সাধারণ জারণ অবস্থা হলো +3।
$Ce$ এর +4 জারণ অবস্থা দেখানোর কারণ:
সেরিয়ামের (Ce, Z=58) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $[Xe] 4f^1 5d^1 6s^2$।
এটি ৪টি ইলেকট্রন ত্যাগ করে $Ce^{4+}$ আয়নে পরিণত হলে এর ইলেকট্রন বিন্যাস হয় $[Xe] 4f^0$, যা নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাস জেননের (Xe) অত্যন্ত সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাস। এই অতিরিক্ত সুস্থিতি লাভের জন্যই সেরিয়াম +4 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
সাধারণ জারণ অবস্থা: সমস্ত ল্যান্থানাইড মৌলগুলির সবচেয়ে সুস্থিত এবং সাধারণ জারণ অবস্থা হলো +3।
$Ce$ এর +4 জারণ অবস্থা দেখানোর কারণ:
সেরিয়ামের (Ce, Z=58) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $[Xe] 4f^1 5d^1 6s^2$।
এটি ৪টি ইলেকট্রন ত্যাগ করে $Ce^{4+}$ আয়নে পরিণত হলে এর ইলেকট্রন বিন্যাস হয় $[Xe] 4f^0$, যা নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাস জেননের (Xe) অত্যন্ত সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাস। এই অতিরিক্ত সুস্থিতি লাভের জন্যই সেরিয়াম +4 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
Marks: 3
১৫. 'Misch metal' (মিশ্র ধাতু) কী? এর একটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার লেখো।
উত্তর:
Misch metal: এটি হলো ল্যান্থানাইড মৌল দ্বারা তৈরি একটি অত্যন্ত পরিচিত সংকর ধাতু। এতে প্রায় ৯৫% ল্যান্থানাইড ধাতু (প্রধানত সেরিয়াম, ল্যান্থানাম এবং নিওডাইমিয়াম), ৫% আয়রন (Fe) এবং সামান্য পরিমাণে কার্বন, সালফার, ক্যালসিয়াম ও অ্যালুমিনিয়াম থাকে।
ব্যবহার: এই মিশ্র ধাতু সামান্য ঘর্ষণে সহজেই স্ফুলিঙ্গ বা আগুন তৈরি করতে পারে (Pyrophoric nature)। এই ধর্মের জন্য একে গ্যাস লাইটারের ফ্লিন্ট (Flint) এবং বন্দুকের গুলি (Tracer bullets) তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হয়।
Misch metal: এটি হলো ল্যান্থানাইড মৌল দ্বারা তৈরি একটি অত্যন্ত পরিচিত সংকর ধাতু। এতে প্রায় ৯৫% ল্যান্থানাইড ধাতু (প্রধানত সেরিয়াম, ল্যান্থানাম এবং নিওডাইমিয়াম), ৫% আয়রন (Fe) এবং সামান্য পরিমাণে কার্বন, সালফার, ক্যালসিয়াম ও অ্যালুমিনিয়াম থাকে।
ব্যবহার: এই মিশ্র ধাতু সামান্য ঘর্ষণে সহজেই স্ফুলিঙ্গ বা আগুন তৈরি করতে পারে (Pyrophoric nature)। এই ধর্মের জন্য একে গ্যাস লাইটারের ফ্লিন্ট (Flint) এবং বন্দুকের গুলি (Tracer bullets) তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হয়।