পাঠ ৭ / ১১অনুচ্ছেদ ২.৬, ২.১১

শিখা পরীক্ষা (ভার্চুয়াল ল্যাব)Flame test & identifying elements from line spectra

এই পাঠের আগে পড়ো (read first): পাঠ ৩ — বোর মডেল ও হাইড্রোজেন বর্ণালি

বিয়ে বা উৎসবের রাতে আকাশে লাল, সবুজ, হলুদ, নীল আতশবাজি (fireworks) ফোটে। অথচ বাজির ভেতরে কোনো রং মেশানো থাকে না — থাকে বিভিন্ন ধাতুর লবণ (metal salt)। নিচে নিজে বাজি ছোড়ো:

নিচের যেকোনো লবণে (salt) চাপ দাও — সেই লবণ ভরা বাজি আকাশে ফুটবে।

তিনটি ভিন্ন লবণের (salt) বাজি ছোড়ো (0/3)
রাস্তার বাতিটিতে (street lamp) চাপ দিয়ে জ্বালাও — এর হলুদ রংটি চেনা লাগছে?

একেক ধাতু একেক রঙের আলো দেয় কেন? আর রসায়ন ল্যাবে ঠিক এই রং দেখেই কীভাবে একটি অজানা লবণে কোন ধাতু আছে তা বলে দেওয়া যায়?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

তাপ পেলে পরমাণু (atom) আলো ছাড়ে কেন — তাপীয় উত্তেজনা (thermal excitation)
প্রতিটি ধাতব আয়নের (metal ion) নিজস্ব শিখার রং (flame colour)
বুনসেন বার্নার (Bunsen burner) — দীপ্তিমান (luminous) ও অদীপ্ত শিখা (non-luminous flame)
শিখা পরীক্ষার (flame test) পদ্ধতি (procedure) — কেন গাঢ় (concentrated) HCl আর প্লাটিনাম তার (platinum wire)
কোবাল্ট কাচ (cobalt glass) — সোডিয়ামের (sodium) হলুদের আড়ালে পটাশিয়াম (potassium)
রেখা বর্ণালি (line spectrum) দিয়ে মৌল (element) শনাক্তকরণ (identification) — রাস্তার বাতি থেকে সূর্য পর্যন্ত
এবার নিজে করে দেখো — শিখা পরীক্ষার ভার্চুয়াল ল্যাব (virtual lab)

ধাপ ১: তাপ পেলে পরমাণু আলো ছাড়ে কেন

বোর মডেলের (Bohr model) পাঠে দেখেছ: পরমাণুর ইলেকট্রন (electron) শুধু নির্দিষ্ট শক্তিস্তরে (energy level) থাকতে পারে, আর উঁচু স্তর থেকে নিচে নামার সময় দুই স্তরের পার্থক্যের সমান শক্তির (energy) একটি ফোটন (photon) ছাড়ে:

\Delta E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

শিখা পরীক্ষায় (flame test) ইলেকট্রনকে উপরে তোলার শক্তি আসে শিখার তাপ থেকে:

বুনসেন শিখার তাপমাত্রা (temperature) প্রায় 1500 °C। লবণ (যেমন NaCl) সেখানে বাষ্প (vapour) হয়, আর বাষ্পের অণু (molecule) ভেঙে মুক্ত পরমাণু (free atom) তৈরি হয়।
শিখার গরম গ্যাস-অণুগুলো প্রচণ্ড বেগে ছুটছে। এদের একটি পরমাণুকে জোরে ধাক্কা দিলে (collision) সেই শক্তি নিয়ে বাইরের ইলেকট্রন উঁচু শক্তিস্তরে লাফ দেয় — একে বলে তাপীয় উত্তেজনা (thermal excitation)। পরমাণুটি এখন উত্তেজিত (excited)।
উত্তেজিত অবস্থা অস্থায়ী — প্রায় $10^{-8}$ s পরেই ইলেকট্রন নিচে নেমে আসে আর একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের (wavelength) ফোটন ছাড়ে।

সোডিয়ামের ক্ষেত্রে:

\ce{NaCl(g) -> Na(g) + Cl(g)}, \qquad \ce{Na(g) ->[\text{collision}] Na^{*}(g)}, \qquad \ce{Na^{*}(g) -> Na(g)} + h\nu

সোডিয়ামের ইলেকট্রনের প্রথম লাফ (3s → 3p) 2.10 eV, তাই $\lambda = hc/\Delta E = 589$ nm — সোনালি হলুদ আলো। প্রতিটি মৌলের শক্তিস্তরের ফাঁক আলাদা, তাই প্রতিটির আলোর রংও আলাদা। নিচে নিজে পরমাণুকে শিখায় ধরে দেখো:

λ = hc/ΔE: 589.0 nm
নির্গত ফোটন (photons): 0

পরমাণুটি (atom) এখন ঠান্ডা — ইলেকট্রন (electron) সবচেয়ে নিচের স্তরে (ground state)। শিখায় (flame) ধরো।

সোডিয়াম (sodium) পরমাণুকে (atom) শিখায় (flame) ধরো — কী রঙের ফোটন (photon) বের হয়?
লিথিয়াম (lithium) বা পটাশিয়াম (potassium) বেছে দেখো — ধাপের উচ্চতা (energy gap) আর রং কীভাবে বদলায়?
ম্যাগনেসিয়াম (magnesium) বেছে দেখো — শিখায় (flame) এর রং হয় না কেন?

নিজে যাচাই করো

ম্যাগনেসিয়াম (magnesium) লবণ (MgCl₂) বুনসেন শিখায় কোনো রং দেয় না কেন?

ধাপ ২: প্রতিটি ধাতব আয়নের নিজস্ব রং

একই নিয়মে প্রতিটি ধাতু শিখাকে নিজের রঙে রাঙায়। এজন্যই শিখার রং দেখে লবণের ধাতব আয়ন (metal ion, cation) শনাক্ত করা যায়:

Na⁺ (NaCl)

টানা সোনালি হলুদ (persistent golden yellow)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): কোনো রং নেই — কাচে শোষিত (absorbed)

প্রধান রেখা (main lines, nm): 589.0 (Na I), 589.6 (Na I)

K⁺ (KCl)

হালকা বেগুনি (lilac)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): গোলাপি-লাল (crimson)

প্রধান রেখা (main lines, nm): 766.5 (K I), 769.9 (K I)

Ca²⁺ (CaCl₂)

ইটের মতো লাল (brick red)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): হালকা সবুজ (light green)

প্রধান রেখা (main lines, nm): ~622 (CaOH), ~554 (CaOH)

Sr²⁺ (SrCl₂)

টকটকে লাল (crimson)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): বেগুনি (purple)

প্রধান রেখা (main lines, nm): ~659 (SrOH), ~682 (SrOH)

Ba²⁺ (BaCl₂)

আপেল সবুজ (apple green)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): নীলাভ সবুজ (bluish green)

প্রধান রেখা (main lines, nm): 553.5 (Ba I), ~524 (BaCl)

Cu²⁺ (CuCl₂)

নীলাভ সবুজ (blue-green)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): নীলাভ — বিশেষ কিছু নয় (no special colour)

প্রধান রেখা (main lines, nm): 521.8 (Cu I), ~440 (CuCl)

Li⁺ (LiCl)

টকটকে লাল (crimson)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): বেগুনি (violet)

প্রধান রেখা (main lines, nm): 670.8 (Li I), 610.4 (Li I)

Mg²⁺ (MgCl₂)

কোনো রং নেই (no colour)

কোবাল্ট কাচে (cobalt glass): কোনো রং নেই

প্রধান রেখা (main lines, nm): 285.2 (UV) — দৃশ্যমান নয় (not visible)

প্রতিটি কার্ডে বাঁয়ের শিখা (flame) খালি চোখে (naked eye), ডানের শিখা নীল কোবাল্ট কাচের (cobalt glass) ভেতর দিয়ে। "~" চিহ্ন দেওয়া মানগুলো শিখায় তৈরি অণুর (molecule — যেমন CaOH, SrOH) চওড়া ব্যান্ড (band), বাকিগুলো পরমাণুর রেখা (atomic line, NIST)।

আয়ন	খালি চোখে শিখার রং	কোবাল্ট কাচের ভেতর দিয়ে
Na⁺	টানা সোনালি হলুদ (persistent golden yellow)	কোনো রং নেই (হলুদ শোষিত — absorbed)
K⁺	হালকা বেগুনি (lilac)	গোলাপি-লাল (crimson)
Ca²⁺	ইটের মতো লাল (brick red)	হালকা সবুজ (light green)
Sr²⁺	টকটকে লাল (crimson)	বেগুনি (purple)
Li⁺	টকটকে লাল (crimson)	বেগুনি (violet)
Ba²⁺	আপেল সবুজ (apple green)	নীলাভ সবুজ (bluish green)
Cu²⁺	নীলাভ সবুজ (blue-green)	নীলাভ — বিশেষ কিছু নয়
Mg²⁺	কোনো রং নেই	কোনো রং নেই

তিনটি জিনিস মনে রাখো:

সোডিয়াম সবখানে। হাতের ঘাম, ধুলা, কাচ — সবখানে সামান্য সোডিয়াম থাকে, আর এর হলুদ এত উজ্জ্বল যে এক বিন্দু ময়লাও অন্য রং ঢেকে দেয়। তাই পরীক্ষার আগে তার ভালোভাবে পরিষ্কার করতে হয়।
পটাশিয়ামের রং ক্ষীণ। K⁺-এর হালকা বেগুনি সহজেই সোডিয়ামের হলুদে ঢাকা পড়ে — এর সমাধান কোবাল্ট কাচ (ধাপ ৫)।
Li⁺ আর Sr²⁺ দুটোই টকটকে লাল। চোখে আলাদা করা কঠিন; বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্রে (spectroscope) রেখা দেখলে সহজেই আলাদা হয় (ধাপ ৬)।

ক্যালসিয়াম (calcium), স্ট্রনশিয়াম (strontium) আর বেরিয়ামের (barium) শিখায় রং আসে শুধু পরমাণু থেকে নয়, শিখায় ক্ষণিকের জন্য তৈরি হওয়া CaOH, SrOH, BaCl-এর মতো অণু থেকেও। অণুর আলো সরু রেখা নয়, চওড়া ব্যান্ড (band) দেয় — যেমন Ca-এর ইটের মতো লাল রং মূলত CaOH-এর 622 nm-এর কাছের ব্যান্ড থেকে।

নিজে যাচাই করো

একটি অজানা ক্লোরাইড (chloride) লবণ অদীপ্ত শিখায় আপেল-সবুজ রং দিল। লবণটিতে কোন আয়ন আছে?

ধাপ ৩: বুনসেন বার্নার — দীপ্তিমান ও অদীপ্ত শিখা

বুনসেন বার্নারের নিচের দিকে একটি বায়ু ছিদ্র (air hole) আছে, যা ঘুরিয়ে খোলা-বন্ধ করা যায়। খুলে-বন্ধ করে দেখো শিখার কী হয়:

বায়ু ছিদ্র (air hole): বন্ধ (closed)

শিখার ধরন (flame type): দীপ্তিমান (luminous)
সর্বোচ্চ তাপমাত্রা (hottest part): ≈ 1000 °C
দহন (combustion): অসম্পূর্ণ (incomplete) — কার্বনের কণা (soot) জ্বলে

শিখার নিজের বর্ণালি (flame's own spectrum)

400550700 nm

বাতাস কম, তাই গ্যাস পুরো পোড়ে না — গরম কার্বনের কণা (soot) ভাস্বর (incandescent) হয়ে হলুদ আলো আর অবিচ্ছিন্ন বর্ণালি (continuous spectrum) দেয়। এই হলুদের মধ্যে কোনো লবণের (salt) রং বোঝা অসম্ভব, আর তাপও কম।

বায়ু ছিদ্র (air hole) বন্ধ: হলুদ, কাঁপা কাঁপা, ধোঁয়াটে শিখা (flame)।
স্লাইডার টেনে বায়ু ছিদ্র (air hole) পুরো খোলো — শিখার রং (flame colour) আর বর্ণালি (spectrum) কী হলো?

বায়ু ছিদ্র বন্ধ → দীপ্তিমান শিখা (luminous flame): অক্সিজেন (oxygen) কম, গ্যাস পুরো পোড়ে না। অপোড়া কার্বনের (carbon) কণা (soot) গরম হয়ে হলুদ আলো ছড়ায়। শিখা ঠান্ডা (প্রায় 1000 °C), কাঁপে, আর জিনিসে কালি ফেলে।
বায়ু ছিদ্র খোলা → অদীপ্ত শিখা (non-luminous flame): গ্যাস সম্পূর্ণ পোড়ে, শিখা প্রায় বর্ণহীন নীল, স্থির আর অনেক গরম (প্রায় 1500 °C)। ভেতরে একটি উজ্জ্বল নীল কোণ (inner cone) থাকে।

শিখা পরীক্ষা সবসময় অদীপ্ত শিখায় করা হয়: এর নিজের রং প্রায় নেই, তাই লবণের রং স্পষ্ট দেখা যায়, আর বেশি তাপে বেশি পরমাণু উত্তেজিত হয়।

ধাপ ৪: শিখা পরীক্ষার পদ্ধতি

উপকরণ (materials): প্লাটিনাম (platinum) বা নাইক্রোম (nichrome) তার — একটি কাচদণ্ডের (glass rod) মাথায় লাগানো, যার আগায় ছোট একটি ফাঁস (loop); ওয়াচ গ্লাস (watch glass); গাঢ় HCl (concentrated hydrochloric acid); বুনসেন বার্নার; নীল কোবাল্ট কাচ; পরীক্ষণীয় লবণ (test salt)।

পদ্ধতি (procedure):

তার পরিষ্কার করো। ওয়াচ গ্লাসে কয়েক ফোঁটা গাঢ় HCl নিয়ে তারের ফাঁস ডোবাও, তারপর অদীপ্ত শিখার সবচেয়ে গরম অংশে ধরো। শিখায় যতক্ষণ কোনো রং দেখা যায়, ততক্ষণ এটি বারবার করো।
লেই (paste) বানাও। আরেকটি পরিষ্কার ওয়াচ গ্লাসে সামান্য লবণ নিয়ে এক-দুই ফোঁটা গাঢ় HCl মেশাও।
শিখায় ধরো। HCl-ভেজা ফাঁস দিয়ে একটু লেই তুলে অদীপ্ত শিখার বাইরের অংশের নিচের দিকের কিনারায় ধরো।
রং দেখো — প্রথমে খালি চোখে, তারপর কোবাল্ট কাচের ভেতর দিয়ে। পর্যবেক্ষণ (observation) খাতায় লেখো।
পরের লবণ পরীক্ষার আগে আবার ধাপ ১-এর মতো তার পরিষ্কার করো।

গাঢ় HCl কেন? ধাতুর ক্লোরাইড লবণ সবচেয়ে উদ্বায়ী (volatile) — সহজে বাষ্প হয়, তাই শিখায় বেশি পরমাণু পৌঁছায় আর রং উজ্জ্বল হয়। কার্বনেট (carbonate), সালফেট (sulfate) বা অক্সাইডের (oxide) মতো কম উদ্বায়ী লবণকে HCl ক্লোরাইডে বদলে দেয়, যেমন $\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O}$ । একই কারণে HCl তারের ময়লাকেও উদ্বায়ী ক্লোরাইড বানিয়ে উড়িয়ে দেয়।

প্লাটিনাম বা নাইক্রোম কেন? এরা অত্যন্ত গরমেও গলে না, HCl-এর সঙ্গে বিক্রিয়া (reaction) করে না, আর নিজে শিখায় কোনো রং দেয় না। তামার (copper) তার কখনো নয় — তামা নিজেই সবুজ রং দেয়! (স্কুলে প্লাটিনাম না থাকলে পরিষ্কার কাঠের কাঠি HCl-এ ভিজিয়ে ব্যবহার করা যায়, তবে কাঠি নিজে পুড়ে হলুদ আলো দিতে পারে।)

নিরাপত্তা: গাঢ় HCl ক্ষয়কারী (corrosive) আর এর ধোঁয়া ঝাঁঝালো — চোখে চশমা (goggles) পরো, বোতল মুখের কাছে আনবে না। বেরিয়াম লবণ বিষাক্ত — হাতে লাগলে ধুয়ে ফেলো। গরম তার ছোঁবে না।

নিজে যাচাই করো

NaCl পরীক্ষা করার পর তার পরিষ্কার না করেই KCl পরীক্ষা করলে কী দেখা যাবে?

ধাপ ৫: কোবাল্ট কাচ — হলুদের আড়ালে পটাশিয়াম

অনেক লবণে অল্প হলেও সোডিয়াম মিশে থাকে। সোডিয়ামের উজ্জ্বল হলুদ তখন পটাশিয়ামের ক্ষীণ হালকা বেগুনি রং পুরো ঢেকে দেয়। সমাধান: নীল কোবাল্ট কাচ (cobalt blue glass) — কোবাল্ট(II) অক্সাইড মেশানো কাচ, যা একটি আলোক-ছাঁকনি (optical filter) হিসেবে কাজ করে।

কোবাল্ট কাচ প্রায় 520–650 nm-এর হলুদ-কমলা আলো শুষে নেয় — সোডিয়ামের 589 nm এর ঠিক মাঝখানে। কিন্তু বেগুনি-নীল আর গাঢ় লাল আলো যেতে দেয়। পটাশিয়ামের দুটি প্রধান রেখাই (766 nm গাঢ় লাল আর 404 nm বেগুনি) কাচ পার হয়ে আসে, তাই কাচের ভেতর দিয়ে K⁺-এর শিখা গোলাপি-লাল দেখায়। নিজে কাচটি টেনে শিখার সামনে আনো:

খালি চোখে (naked eye): সোনালি হলুদ
কোবাল্ট কাচে (through glass): গোলাপি-লাল

খালি চোখে (naked eye) মিশ্রণের (mixture) শিখা (flame) শুধু হলুদ — সোডিয়ামের (sodium) উজ্জ্বল আলো পটাশিয়ামের (potassium) হালকা বেগুনিকে ঢেকে দিয়েছে।

নীল কোবাল্ট কাচটি (cobalt glass) টেনে মিশ্রণের (mixture) শিখার (flame) সামনে আনো।
এবার "শুধু NaCl" বেছে কাচের ভেতর দিয়ে দেখো।

নিজে যাচাই করো

একটি সাদা লবণের শিখা খালি চোখে সোনালি হলুদ, কিন্তু কোবাল্ট কাচের ভেতর দিয়ে গোলাপি-লাল। লবণটিতে কী আছে?

ধাপ ৬: রেখা বর্ণালি দিয়ে মৌল শনাক্তকরণ

চোখ সব রং আলাদা করতে পারে না — যেমন Li⁺ আর Sr²⁺ দুটোই টকটকে লাল। কিন্তু শিখার আলো বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্র (spectroscope) দিয়ে দেখলে তা তরঙ্গদৈর্ঘ্য অনুযায়ী আলাদা আলাদা রেখায় ভেঙে যায়। প্রতিটি মৌলের রেখাগুলোর অবস্থান নির্দিষ্ট — মানুষের আঙুলের ছাপের (fingerprint) মতো। দুটি মৌলের রেখা কখনো হুবহু এক হয় না। যেমন:

মৌল	প্রধান দৃশ্যমান রেখা (nm, NIST)
সোডিয়াম (Na)	589.0, 589.6 (হলুদ জোড়া রেখা, “D রেখা”)
হাইড্রোজেন (hydrogen, H)	656.3, 486.1, 434.0, 410.2
পারদ (mercury, Hg)	404.7, 435.8, 546.1, 577.0, 579.1
লিথিয়াম (lithium, Li)	670.8 (প্রধান), 610.4
পটাশিয়াম (K)	766.5, 769.9 (গাঢ় লাল), 404.4 (বেগুনি)

এই পদ্ধতিতেই বুনসেন (Bunsen) আর কারশফ (Kirchhoff) 1860–61 সালে খনিজ পানি (mineral water) ও খনিজ পাথরের (minerals) শিখায় অচেনা নীল রেখা দেখে সিজিয়াম (caesium, Cs) আর অচেনা লাল রেখা দেখে রুবিডিয়াম (rubidium, Rb) আবিষ্কার করেন। আর সূর্যের বর্ণালির কালো রেখা (শোষণ বর্ণালি, absorption spectrum) থেকে জানা যায় সূর্য ও দূরের নক্ষত্রে কোন কোন মৌল আছে — সেখানে না গিয়েই! নিচে তিনটি আলোর উৎসের (light source) মৌল খুঁজে বের করো:

হলুদ রাস্তার বাতি (street lamp) — নিঃসরণ বর্ণালি (emission)

400450500550600650700

তুলনা করতে মৌল (element) বেছে নাও:

0/3 উৎস (source) শনাক্ত

নিজে যাচাই করো

সূর্যের অবিচ্ছিন্ন বর্ণালিতে (continuous spectrum) 589.0 nm ও 589.6 nm-এ দুটি কালো রেখা দেখা যায়। এ থেকে কী বোঝা যায়?

ধাপ ৭: এবার নিজে করে দেখো — শিখা পরীক্ষার ভার্চুয়াল ল্যাব

এখন তুমি ল্যাবে। টেবিলে বুনসেন বার্নার, গাঢ় HCl, একটি নাইক্রোম তার, কোবাল্ট কাচ, বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্র আর লবণের তাক — আটটি জানা লবণ আর চারটি অজানা লবণ (A–D)।

ধাপগুলো ঠিক ক্রমে করো: বায়ু ছিদ্র খোলো → তার HCl-এ ডুবিয়ে শিখায় ধরে পরিষ্কার করো → আবার HCl-এ ভেজাও → লবণ নাও → শিখায় ধরো। ক্রম ভুল হলে ফলও ভুল আসবে — যেমন অপরিষ্কার তারে সোডিয়ামের হলুদ!
শিখার রং দেখে নিচের তালিকা থেকে সিদ্ধান্ত (conclusion) বেছে খাতায় লেখো। দরকারে কোবাল্ট কাচ বা বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্র চালু করো।
চ্যালেঞ্জগুলো শেষ করো — বিশেষ করে চারটি অজানা লবণ শনাক্ত করা।

শিখা পরীক্ষা — ভার্চুয়াল ল্যাব

Flame test lab

↗

তার (wire): শুকনো (dry)তারে নমুনা (sample): —শিখা (flame): দীপ্তিমান হলুদ (luminous)

বায়ু ছিদ্র (air hole): বন্ধ — দীপ্তিমান শিখা (luminous)

লবণ নাও (take a salt):

বুনসেন বার্নার (Bunsen burner) জ্বলছে, কিন্তু বায়ু ছিদ্র (air hole) বন্ধ। তারটিও (wire) হাতে ধরা — পরিষ্কার নয়। কোথা থেকে শুরু করবে?

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6

তার (wire) পরিষ্কার করো: গাঢ় (concentrated) HCl-এ ডুবিয়ে অদীপ্ত শিখায় (non-luminous flame) ধরো — যতক্ষণ না শিখায় আর কোনো রং দেখা যায়
বায়ু ছিদ্র (air hole) বন্ধ রেখে (দীপ্তিমান শিখায়, luminous flame) একটি লবণ (salt) পরীক্ষা করে দেখো — রং কি বোঝা যায়?
পরিষ্কার তারে (wire) অন্তত ৫টি জানা লবণের (salt) শিখার রং (flame colour) দেখে খাতায় ঠিক সিদ্ধান্ত (conclusion) লেখো (0/5)
পটাশিয়াম (potassium) আছে এমন একটি লবণের (salt) শিখা (flame) কোবাল্ট কাচ (cobalt glass) দিয়ে দেখো
চারটি অজানা লবণ (unknown salts A–D) শনাক্ত করো (0/4)
LiCl আর SrCl₂ দুটোই টকটকে লাল। বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্র (spectroscope) চালু রেখে দুটোই পরীক্ষা করো (0/2)

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কিছু লেখা হয়নি। পরিষ্কার তারে (wire) লবণ (salt) নিয়ে শিখায় (flame) ধরো, তারপর সিদ্ধান্ত (conclusion) লেখো।

বই পড়ার সময় সাবধান — পাঠ্যবইয়ের এই অংশে কিছু ভুল আছে:

বইয়ে সোডিয়ামের দুটি রেখা “589.6 nm ও 590 nm” লেখা। সঠিক মান 589.0 nm ও 589.6 nm (NIST: 588.995 ও 589.592 nm); 590 nm-এ কোনো রেখা নেই।
বই বলছে উত্তপ্ত পরমাণু “শিখা থেকে প্রয়োজনীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করে” উত্তেজিত হয়। ভুল — শিখা পরীক্ষায় উত্তেজনা হয় তাপে, অর্থাৎ শিখার গরম গ্যাস-অণুর ধাক্কায় (collision)। আলো শোষণ করে উত্তেজিত হওয়া হলো শোষণ বর্ণালির ঘটনা।
বইয়ের CaCl₂-এর সমীকরণগুলো (equations) ( $\ce{CaCl2 -> Ca^{2+} + 2Cl^-}$ , তারপর $\ce{Ca^{2+} + 2e^- -> Ca}$ , তারপর আলো শোষণ) বিভ্রান্তিকর। শিখায় বাষ্পীভূত লবণের অণু সরাসরি ভেঙে নিরপেক্ষ পরমাণু (neutral atom, Ca) আর CaOH, CaCl-এর মতো অণু তৈরি হয় — কোনো আয়ন ইলেকট্রন ফেরত নেয় না। এরা তাপে উত্তেজিত হয়ে আলো ছাড়ে; ইটের মতো লাল রং মূলত CaOH-এর ব্যান্ড (প্রায় 622 nm) থেকে, Ca পরমাণুর নিজের রেখা 422.7 nm।
বইয়ে পারদের রেখা “540, 630 ও 680 nm” লেখা। পারদের আসল প্রধান দৃশ্যমান রেখা 404.7, 435.8, 546.1 আর 577.0/579.1 nm; 630 বা 680 nm-এ পারদের কোনো উল্লেখযোগ্য রেখা নেই।
বইয়ে স্ট্রনশিয়ামের রেখা হিসেবে 465–490 nm আর 669–715 nm-এর কয়েকটি মান দেওয়া আছে, যা মাপা মানের সঙ্গে মেলে না। Sr পরমাণুর প্রধান রেখা 460.7 nm; শিখার লাল রং আসে SrOH অণুর 606 nm ও 640–690 nm-এর ব্যান্ড থেকে।

ঘরে বসে পরীক্ষা: রান্নাঘরের চুলায় সোডিয়ামের হলুদ

চুলায় ভাতের মাড় বা লবণ-পানি উপচে পড়লে নীল শিখা হঠাৎ হলুদ হয়ে যায় — খেয়াল করেছ? এটিই শিখা পরীক্ষা!

বড় কারও উপস্থিতিতে গ্যাসের চুলা জ্বালাও, শিখা যেন নীল থাকে।
আঙুলের ডগায় এক চিমটি খাবার লবণ (table salt, NaCl) নিয়ে শিখার ওপর থেকে (প্রায় 30 cm উঁচু থেকে) হালকা করে ছিটিয়ে দাও। শিখায় সোনালি হলুদ ঝিলিক দেখবে।
এবার এক চিমটি বেকিং সোডা (NaHCO₃) ছিটাও — রং কী? কেন একই রং হলো?
এক চিমটি চিনি ছিটিয়ে দেখো — চিনিতে সোডিয়াম নেই, তাই হলুদ ঝিলিকও নেই।
বোর মডেলের পাঠের CD-বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্র থাকলে হলুদ ঝিলিকের সময় তাতে চোখ রাখো — একটিমাত্র হলুদ রেখা দেখতে পাবে।

নিরাপত্তা: অবশ্যই বড় কারও উপস্থিতিতে করবে। শুধু লবণ, বেকিং সোডা আর চিনি ব্যবহার করো — অন্য কোনো রাসায়নিক নয়। মুখ ও চুল শিখা থেকে দূরে রাখো, অল্প পরিমাণ নাও, আর কাজ শেষে চুলা বন্ধ করো।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. সোডিয়ামের হলুদ D₂ রেখার তরঙ্গদৈর্ঘ্য 589.0 nm। এর কম্পাঙ্ক (frequency), একটি ফোটনের শক্তি এবং এক মোল (mole) ফোটনের শক্তি নির্ণয় করো।

$\nu = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0\times10^{8}}{589.0\times10^{-9}} = 5.09\times10^{14}$ Hz

$E = h\nu = 6.626\times10^{-34}\times5.09\times10^{14} = 3.37\times10^{-19}$ J (= 2.10 eV)

এক মোল: $N_A E = 6.022\times10^{23}\times3.37\times10^{-19} = 2.03\times10^{5}$ J/mol = 203 kJ/mol।

২. শিখা পরীক্ষায় গাঢ় HCl ব্যবহার করা হয় কেন? প্লাটিনাম তারের বদলে তামার তার ব্যবহার করা যায় না কেন?

(ক) ধাতব ক্লোরাইড সবচেয়ে উদ্বায়ী, তাই HCl লবণকে (কার্বনেট, সালফেট ইত্যাদি) ক্লোরাইডে বদলে দেয় — শিখায় বেশি পরমাণু পৌঁছায়, রং উজ্জ্বল হয়। (খ) HCl তারের ময়লাকে উদ্বায়ী ক্লোরাইডে বদলে শিখায় উড়িয়ে দেয়, ফলে তার পরিষ্কার হয়।

তামা নিজেই শিখায় নীলাভ-সবুজ রং দেয় আর HCl-এর সঙ্গে বিক্রিয়া করে — তাই পরীক্ষণীয় লবণের রং বোঝা যাবে না। প্লাটিনাম বা নাইক্রোম নিষ্ক্রিয় (inert), উচ্চ গলনাঙ্কের (high melting point) এবং নিজে কোনো রং দেয় না।

৩. একটি সাদা লবণের শিখা খালি চোখে সোনালি হলুদ, কিন্তু দুই স্তর কোবাল্ট কাচের ভেতর দিয়ে গোলাপি-লাল দেখায়। লবণে কোন কোন আয়ন আছে? ব্যাখ্যা করো।

Na⁺ ও K⁺ দুটোই আছে। সোনালি হলুদ (589.0/589.6 nm) Na⁺-এর। কোবাল্ট কাচ প্রায় 520–650 nm-এর আলো শুষে নেয়, তাই সোডিয়ামের হলুদ আটকে যায়; কিন্তু K⁺-এর 766.5/769.9 nm (গাঢ় লাল) ও 404.4 nm (বেগুনি) রেখা কাচ পার হয় — তাই গোলাপি-লাল দেখায়। শুধু Na⁺ থাকলে কাচের ভেতর দিয়ে কোনো রং দেখা যেত না।

৪. শিখা পরীক্ষায় CaCl₂ বুনসেন শিখায় কীরূপ বর্ণ সৃষ্টি করে? বর্ণ সৃষ্টির প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করো।

CaCl₂ অদীপ্ত শিখায় ইটের মতো লাল (brick red) বর্ণ দেয়; কোবাল্ট কাচে হালকা সবুজ দেখায়।

প্রক্রিয়া: CaCl₂ উদ্বায়ী, তাই শিখায় বাষ্প হয়। শিখার তাপে অণু ভেঙে Ca পরমাণু এবং শিখার জলীয় বাষ্পের সঙ্গে বিক্রিয়ায় CaOH-এর মতো অণু তৈরি হয়। শিখার গরম গ্যাস-অণুর ধাক্কায় (তাপীয় উত্তেজনা) এদের ইলেকট্রন উঁচু শক্তিস্তরে ওঠে, এবং প্রায় $10^{-8}$ s পরে নেমে আসার সময় নির্দিষ্ট শক্তির ফোটন ছাড়ে ( $\Delta E = hc/\lambda$ )। CaOH-এর প্রায় 622 nm-এর ব্যান্ড থেকে কমলা-লাল এবং 554 nm-এর ব্যান্ড থেকে কিছু সবুজ আলো আসে; মিলে চোখে ইটের মতো লাল দেখায়। (Ca পরমাণুর নিজের প্রধান রেখা 422.7 nm, বেগুনি।)

৫. LiCl ও SrCl₂ দুটোই শিখায় টকটকে লাল রং দেয়। কীভাবে এদের পার্থক্য করবে? Li-এর 670.8 nm রেখার একটি ফোটনের শক্তি কত?

বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্রে দেখলে লিথিয়াম একটিমাত্র তীক্ষ্ণ লাল রেখা (670.8 nm, সঙ্গে ক্ষীণ 610.4 nm) দেয়; স্ট্রনশিয়াম দেয় কমলা-লাল কয়েকটি চওড়া ব্যান্ড (606, 659, 682 nm-এর কাছে) আর একটি নীল রেখা (460.7 nm)। রেখার অবস্থান মিলিয়ে সহজেই আলাদা করা যায়।

$E = \dfrac{hc}{\lambda} = \dfrac{6.626\times10^{-34}\times3.0\times10^{8}}{670.8\times10^{-9}} = 2.96\times10^{-19}$ J ≈ 1.85 eV।

৬. Mg²⁺ লবণ শিখা পরীক্ষায় কোনো রং দেয় না কেন?

Mg পরমাণুর প্রথম উত্তেজনার জন্য 4.35 eV শক্তি লাগে (Na-এর মাত্র 2.10 eV)। বুনসেন শিখার গ্যাস-অণুর ধাক্কায় এত শক্তি খুব কমই পাওয়া যায়, তাই খুব কম Mg পরমাণু উত্তেজিত হয়। তার ওপর এই লাফে নির্গত ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য $\lambda = 1240/4.35 = 285$ nm — অতিবেগুনি, চোখে অদৃশ্য। তাই শিখায় কোনো দৃশ্যমান রং দেখা যায় না।