পাঠ ১২ / ১৪অনুচ্ছেদ ৩.১৫–৩.১৬

পোলারিটি, পোলারায়ন ও ফাজানের নিয়মPolarity, polarisation & Fajans' rules

এই পাঠের আগে পড়ো (read first): পাঠ ৬ — ইলেকট্রন আসক্তি, তড়িৎ ঋণাত্মকতা ও ধাতব ধর্ম, পাঠ ৮ — আয়নিক ও সমযোজী বন্ধন, সিগমা ও পাই বন্ধন, পাঠ ১০ — অণুর আকৃতি, নিঃসঙ্গ জোড় ও বন্ধন কোণ (3D)

খাবার লবণ NaCl গলে 801 °C-এ — খাঁটি আয়নিক (ionic) যৌগের মতোই। অথচ অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড AlCl₃ ধাতু আর ক্লোরিন দিয়েই তৈরি, তবু মাত্র 180 °C-এ গলার আগেই উড়ে যায় (sublimes) — যেন একটা সমযোজী (covalent) অণু। নিচে একটি বড়, নরম আয়োডাইড আয়নের (I⁻) পাশে একটি ক্যাটায়ন (cation) বসানো আছে। ক্যাটায়নকে ছোট করো, চার্জ বাড়াও — দেখো কী হয়:

ক্যাটায়নের ব্যাসার্ধ (cation radius)167 pm

চার্জ (charge):

বাস্তব আয়ন (real ions):

আয়নিক বিভব (ionic potential) φ = z/r6.0 nm⁻¹

কাছাকাছি বাস্তব আয়ন (nearest real ion)Cs⁺ (167 pm)

বড় ক্যাটায়ন (cation), কম চার্জ — I⁻-এর ইলেকট্রন মেঘ (electron cloud) প্রায় গোল থাকে। বন্ধনটি প্রায় খাঁটি আয়নিক (ionic)। এবার স্লাইডার টেনে ক্যাটায়নকে ছোট করো বা চার্জ বাড়াও।

আয়নের ব্যাসার্ধ: Shannon (1976), সমন্বয় সংখ্যা 6। মিটার আর মেঘের আকার একটি আনুমানিক মডেল (illustrative model) — প্রবণতা (trend) ঠিক, সংখ্যা মাপা নয়।

একটি লবণ (salt) কীভাবে সমযোজী যৌগের মতো আচরণ করতে পারে? আর উল্টো দিকে, দুটি অধাতুর সমযোজী বন্ধনে আয়নিক ভাব আসে কোথা থেকে?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

পোলার সমযোজী বন্ধন (polar covalent bond) ও দ্বিপোল ভ্রামক (dipole moment) — বন্ধনের দ্বিপোল বনাম অণুর দ্বিপোল
আয়নিক বৈশিষ্ট্যের শতকরা হার (percent ionic character)
পোলারায়ন (polarisation) — উল্টো দিক থেকে দেখা
ফাজানের নিয়ম (Fajans’ rules) ও তার ফলাফল
আয়নিক বিভব (ionic potential), কার্বনেটের স্থিতি ও কর্ণ সম্পর্ক (diagonal relationship)
ব্যবহারিক ৩.১৬ — পানির দ্বিপোলের পরীক্ষা
এবার নিজে করে দেখো — ভার্চুয়াল ল্যাব (virtual lab)

ধাপ ১: পোলার সমযোজী বন্ধন ও দ্বিপোল ভ্রামক

আগের পাঠে (ইলেকট্রন আসক্তি ও তড়িৎ ঋণাত্মকতা) দেখেছি: তড়িৎ ঋণাত্মকতা (electronegativity, χ) হলো বন্ধনের শেয়ার করা ইলেকট্রন জোড়কে নিজের দিকে টানার ক্ষমতা। আর সমযোজী বন্ধনের পাঠে দেখেছি, দুটি পরমাণু একটি ইলেকট্রন জোড় শেয়ার করে।

দুটি পরমাণু একই হলে (H–H, Cl–Cl) জোড়টি ঠিক মাঝখানে থাকে — অপোলার (non-polar) বন্ধন। কিন্তু H–Cl বন্ধনে Cl-এর χ = 3.16, H-এর 2.20। Cl জোড়টিকে বেশি টানে, ফলে Cl-এ একটু ঋণাত্মক আংশিক চার্জ (partial charge, δ−) আর H-এ আংশিক ধনাত্মক চার্জ (δ+) তৈরি হয়:

\overset{\delta+}{\mathrm{H}} - \overset{\delta-}{\mathrm{Cl}}

এমন বন্ধনকে বলে পোলার সমযোজী বন্ধন (polar covalent bond)। দুই প্রান্তে বিপরীত চার্জের এই জোড়টি একটি দ্বিপোল (dipole)। কতটা পোলার, তা মাপা হয় দ্বিপোল ভ্রামক (dipole moment, μ) দিয়ে — চার্জ গুণ দূরত্ব:

\mu = q \times d, \qquad 1\ \text{D (debye)} = 3.336 \times 10^{-30}\ \text{C m}

μ একটি ভেক্টর (vector) — এর মান আর দিক দুটোই আছে। রসায়নে তীর আঁকা হয় δ+ থেকে δ− দিকে, লেজে একটি ছোট দাগ দিয়ে (+→)।

বন্ধন পোলার মানেই অণু পোলার নয়। অণুর মোট দ্বিপোল হলো সব বন্ধন-দ্বিপোলের ভেক্টর যোগফল (vector sum) — তাই অণুর আকৃতি (shape, VSEPR পাঠ) এখানে নির্ণায়ক। নিজে যোগ করে দেখো:

কার্বন ডাইঅক্সাইড (carbon dioxide) · সরলরৈখিক (linear), কোণ (angle) 180°

বন্ধন দ্বিপোলের যোগফল (sum, Δχ একক)?

মাপা দ্বিপোল ভ্রামক (measured μ)?

CO₂: প্রতিটি C–O বন্ধনে Δχ = 0.89, তাই প্রতিটি বন্ধন পোলার (polar) — তীরগুলো δ+ থেকে δ− প্রান্তের দিকে। কিন্তু পুরো অণুটি কি পোলার? “ভেক্টর যোগ করো” চাপো।

তীরের দৈর্ঘ্য ∝ Δχ (Pauling তড়িৎ ঋণাত্মকতা) — একটি আনুমানিক ছবি (illustrative); নিঃসঙ্গ জোড়ও (lone pair) দ্বিপোলে অংশ নেয়, তাই যোগফল আর মাপা μ হুবহু সমানুপাতিক নয়। মাপা μ: CRC Handbook; কোণ: NIST CCCBDB।

অণু	আকৃতি	বন্ধন	অণুর μ (D)
CO₂	সরলরৈখিক (linear)	পোলার	0
BF₃	ত্রিকোণীয় সমতলীয় (trigonal planar)	পোলার	0
CCl₄	চতুস্তলকীয় (tetrahedral)	পোলার	0
H₂O	বাঁকা (bent), 104.5°	পোলার	1.85
NH₃	ত্রিকোণীয় পিরামিড (trigonal pyramidal)	পোলার	1.47
H₂S	বাঁকা (bent), 92.1°	সামান্য পোলার	0.97
CHCl₃	বিকৃত চতুস্তলকীয়	পোলার	1.04

উৎস: CRC Handbook (দ্বিপোল), NIST CCCBDB (কোণ)।

পোলার অণুর যৌগ (HCl, H₂SO₄, HNO₃) পানিতে আয়নিত (ionise) হয়ে বিদ্যুৎ পরিবহন করে, আর পোলার অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ বেশি থাকায় এদের গলনাঙ্ক-স্ফুটনাঙ্কও (melting & boiling point) সমান আকারের অপোলার অণুর চেয়ে বেশি।

নিজে যাচাই করো

CO₂ অণুর দুটি C=O বন্ধনই পোলার। তবু CO₂ অণুর দ্বিপোল ভ্রামক শূন্য কেন?

ধাপ ২: আয়নিক বৈশিষ্ট্যের শতকরা হার

Δχ যত বাড়ে, ইলেকট্রন জোড় তত এক দিকে সরে, বন্ধন তত আয়নিক হয়। কোনো বন্ধনই 100% আয়নিক নয় — Pauling এই সম্পর্কের একটি আনুমানিক সূত্র দেন:

\%\ \text{ionic} = 100\left(1 - e^{-(\Delta\chi)^2/4}\right)

Δχ ≈ 1.7 হলে প্রায় 50% আয়নিক। তাই প্রচলিত রীতি (convention): Δχ < 0.4 অপোলার সমযোজী, 0.4–1.7 পোলার সমযোজী, 1.7-এর বেশি আয়নিক। এই সীমাগুলো মনে রাখার সুবিধার জন্য, প্রকৃতির কোনো কঠিন দেয়াল নয়।

মাপা দ্বিপোল থেকেও % আয়নিক বের করা যায়। চার্জ পুরো একটি ইলেকট্রন (e) হলে μ হতো $e \times d$ ; আসল μ তার কত ভাগ, সেটাই আয়নিক ভাগ:

\%\ \text{ionic} = \frac{\mu_{\text{measured}}}{e\,d} \times 100, \qquad e\,d\ [\text{D}] = 4.803 \times d\ [\text{Å}]

যেমন HCl: μ = 1.11 D, d = 1.275 Å → $\dfrac{1.11}{4.803 \times 1.275} \times 100 = 18\%$ । নিচে Δχ টেনে বক্ররেখায় দেখো, আর HX অণুগুলোর মাপা মানের সাথে মিলিয়ে নাও:

Δχ টেনে দেখো (drag)Δχ = 0.90 → 18% আয়নিক

বাস্তব বন্ধন (real bonds):

অঞ্চল (region)পোলার সমযোজী (polar covalent)

H 2.2, Cl 3.1618% আয়নিক · বোর্ড মান (board) Δχ 0.9

বক্ররেখাটি Pauling-এর সূত্র: % আয়নিক = 100(1 − e^(−Δχ²/4))। কোনো বন্ধনই 100% আয়নিক নয়, আর দুটি ভিন্ন পরমাণুর বন্ধন কখনো 0%-ও নয়।

0.4 আর 1.7 সীমা দুটি প্রচলিত রীতি (convention), প্রকৃতির নিয়ম নয় — বই কোথাও 0.5–1.9 লেখে। তড়িৎ ঋণাত্মকতা: Pauling (Allred) মান; দ্বিপোল: CRC Handbook।

অণু	Δχ (Pauling)	μ (D)	d (Å)	% আয়নিক (দ্বিপোল থেকে)
HF	1.78	1.83	0.917	41
HCl	0.96	1.11	1.275	18
HBr	0.76	0.83	1.414	12
HI	0.46	0.45	1.609	6

তাই পোলারিটির ক্রম HF > HCl > HBr > HI।

নিজে যাচাই করো

Pauling-এর সূত্রে Δχ = 2.0 হলে আয়নিক বৈশিষ্ট্য প্রায় কত?

ধাপ ৩: পোলারায়ন — উল্টো দিক থেকে দেখা

এবার শুরু করি খাঁটি আয়নিক জোড় থেকে: একটি ক্যাটায়ন (M⁺) আর একটি অ্যানায়ন (X⁻)। আদর্শ আয়নিক মডেলে দুটি আয়ন দুটি শক্ত গোল বল। কিন্তু অ্যানায়নের বাইরের ইলেকট্রন মেঘ (electron cloud) নরম। ক্যাটায়ন কাছে এলে:

ক্যাটায়নের ধনাত্মক চার্জ অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘকে নিজের দিকে টানে,
আর একই সঙ্গে অ্যানায়নের নিউক্লিয়াসকে বিকর্ষণ করে।

ফলে অ্যানায়নের মেঘ বেঁকে ক্যাটায়নের দিকে সরে আসে। ক্যাটায়ন দ্বারা অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘের এই বিকৃতিকেই পোলারায়ন (polarisation) বলে। ক্যাটায়নের এই ক্ষমতা হলো পোলারায়ন ক্ষমতা (polarising power), আর অ্যানায়ন কত সহজে বিকৃত হয়, তা তার পোলারায়নযোগ্যতা (polarisability)।

মেঘের কিছু অংশ দুই আয়নের মাঝখানে চলে এলে ইলেকট্রন যেন ভাগাভাগি হয় — আয়নিক বন্ধনে সমযোজী বৈশিষ্ট্য (covalent character) আসে।

বাম থেকে ডানে, ওপর থেকে নিচে: ক্যাটায়ন অ্যানায়নের মেঘ যত বেশি টেনে নেয় (পোলারায়ন), আয়নিক বন্ধন তত সমযোজীর দিকে যায়। উল্টো দিক থেকে, সমযোজী বন্ধনে Δχ যত বাড়ে, শেয়ার করা মেঘ তত এক পরমাণুর দিকে সরে (পোলারিটি)। দুই রাস্তা মাঝখানে এসে মেলে — খাঁটি আয়নিক আর খাঁটি সমযোজী হলো দুই প্রান্ত।

পোলারিটি বনাম পোলারায়ন — পরীক্ষায় প্রায়ই আসে:

	পোলারিটি (polarity)	পোলারায়ন (polarisation)
কোথায়	সমযোজী বন্ধনে	আয়নিক বন্ধনে
কারণ	দুই পরমাণুর তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য	ক্যাটায়ন অ্যানায়নের মেঘ বিকৃত করে
ফল	সমযোজী যৌগে আয়নিক বৈশিষ্ট্য	আয়নিক যৌগে সমযোজী বৈশিষ্ট্য
উদাহরণ	HCl, H₂O	AlCl₃, AgI, CuCl

নিজে যাচাই করো

পোলারায়নের ফলে আয়নিক যৌগের কী ঘটে?

ধাপ ৪: ফাজানের নিয়ম

১৯২৩ সালে কাজিমিয়ের্জ ফাজান (Kazimierz Fajans) কোন অবস্থায় পোলারায়ন বেশি হয়, তার নিয়ম দেন:

ক্যাটায়নের চার্জ যত বেশি, পোলারায়ন তত বেশি (Na⁺ < Mg²⁺ < Al³⁺)। অ্যানায়নের চার্জ বেশি হলেও সে সহজে বিকৃত হয় (F⁻ < O²⁻ < N³⁻)।
ক্যাটায়ন যত ছোট, পোলারায়ন তত বেশি — চার্জ ছোট জায়গায় ঘন (Be²⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺ > Sr²⁺ > Ba²⁺)।
অ্যানায়ন যত বড়, পোলারায়ন তত বেশি — বাইরের ইলেকট্রন নিউক্লিয়াস থেকে দূরে, ঢিলাভাবে বাঁধা (F⁻ < Cl⁻ < Br⁻ < I⁻)।
18-ইলেকট্রন খোলসের (pseudo-noble-gas, ns²np⁶nd¹⁰) ক্যাটায়ন একই চার্জ ও প্রায় সমান আকারের নিষ্ক্রিয় গ্যাস খোলসের (ns²np⁶) ক্যাটায়নের চেয়ে বেশি পোলারায়ন করে — d-ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের চার্জকে ভালোভাবে আড়াল (shield) করতে পারে না (Cu⁺, Ag⁺, Zn²⁺ বনাম Na⁺, K⁺, Ca²⁺)।

প্রতিটি নিয়মের বাস্তব গলনাঙ্ক নিচে নিজে দেখো:

Na⁺ → Mg²⁺ → Al³⁺: চার্জ বাড়ে, আকারও কমে — পোলারায়ন বাড়ে, গলনাঙ্ক নামে 801 → 714 → মাত্র 180 °C (AlCl₃ গলেই না, ঊর্ধ্বপাতিত হয়)।

গলনাঙ্ক: CRC Handbook (BeCl₂-এর মান উৎসভেদে 399–415 °C)। ব্যাসার্ধ: Shannon, সমন্বয় সংখ্যা 6। মেঘের বিকৃতি আনুমানিক ছবি (illustrative)।

ফলাফল (consequences) — পোলারায়ন বাড়লে:

গলনাঙ্ক কমে: NaCl 801 > MgCl₂ 714 > AlCl₃ (180 °C-এ ঊর্ধ্বপাতন); FeCl₂ 677 > FeCl₃ 307 °C; NaCl 801 > CuCl 423 °C।
পানিতে দ্রাব্যতা কমে: AgF পানিতে খুব দ্রবণীয় (172 g/100 g), কিন্তু AgCl, AgBr, AgI প্রায় অদ্রবণীয়।
রং আসে: AgCl সাদা, AgBr হালকা ক্রিম, AgI হলুদ; PbCl₂ সাদা কিন্তু PbI₂ উজ্জ্বল হলুদ; HgCl₂ সাদা কিন্তু HgI₂ লাল। বিকৃত অ্যানায়নের ইলেকট্রন অল্প শক্তিতেই ক্যাটায়নের দিকে লাফ দিতে পারে — এই চার্জ স্থানান্তর শোষণ (charge-transfer absorption) দৃশ্যমান আলো শুষে নেয়।
কার্বনেট সহজে ভাঙে — পরের ধাপে।

তবে ফাজানের নিয়ম প্রবণতা (trend) বোঝায়, প্রতিটি সংখ্যা নয়। গলনাঙ্ক কেলাসের গঠনের (crystal structure) ওপরও নির্ভর করে — যেমন সিলভার হ্যালাইডে AgI-এর গলনাঙ্কই সবচেয়ে বেশি (558 °C)। ল্যাবে নিজে দেখবে।

নিজে যাচাই করো

Na⁺ (102 pm) আর Cu⁺ (77 pm) দুটিরই চার্জ +1। তবু CuCl-এর গলনাঙ্ক (423 °C) NaCl-এর (801 °C) চেয়ে অনেক কম কেন?

ধাপ ৫: আয়নিক বিভব, কার্বনেটের স্থিতি ও কর্ণ সম্পর্ক

ফাজানের প্রথম দুই নিয়ম একটি সংখ্যায় ধরা যায় — আয়নিক বিভব (ionic potential, φ):

\phi = \frac{\text{cation charge}}{\text{cation radius}} = \frac{z}{r}

φ যত বেশি, পোলারায়ন ক্ষমতা তত বেশি। যেমন (Shannon ব্যাসার্ধ, nm-এ): Na⁺ = 1/0.102 = 9.8, Mg²⁺ = 2/0.072 = 27.8, Al³⁺ = 3/0.0535 = 56.1 nm⁻¹। φ বাড়লে লবণের গলনাঙ্ক ও দ্রাব্যতা কমে, যৌগ রঙিন হতে পারে, আর ধাতব কার্বনেট কম তাপে ভাঙে।

কার্বনেটের তাপীয় স্থিতি (thermal stability)

গরম করলে গ্রুপ-2 কার্বনেট ভেঙে অক্সাইড আর CO₂ হয়: $\mathrm{MCO_3(s) \to MO(s) + CO_2(g)}$ । ছোট M²⁺ কার্বনেট আয়নের (CO₃²⁻) একটি O-পরমাণুর মেঘ নিজের দিকে টানে, C–O বন্ধন দুর্বল হয়, CO₂ সহজে বেরিয়ে যায়:

ছোট Mg²⁺ কাছের O-পরমাণুর মেঘ জোরে টেনে নেয় — C–O বন্ধন দুর্বল হয়, আর অল্প তাপেই CO₂ বেরিয়ে MgO থেকে যায়। বড় Ba²⁺ প্রায় টানতে পারে না, তাই BaCO₃ ভাঙতে অনেক বেশি তাপ লাগে। তাপমাত্রা: NBS তাপগতিবিদ্যার সারণি থেকে T ≈ ΔH°/ΔS° (যেখানে CO₂-এর সাম্য চাপ 1 atm)।

গ্রুপে নিচে নামলে M²⁺ বড় হয়, φ কমে — কার্বনেটের স্থিতি বাড়ে: BeCO₃ < MgCO₃ < CaCO₃ < SrCO₃ < BaCO₃।

কার্বনেট	M²⁺ φ (nm⁻¹)	তাপগতীয় অনুমান (°C)	ব্যবহারিক (Lee) (°C)
BeCO₃	44.4	ঘরের তাপমাত্রায়ই অস্থিতিশীল	—
MgCO₃	27.8	≈ 300	≈ 540
CaCO₃	20.0	≈ 845	≈ 900
SrCO₃	16.9	≈ 1100	≈ 1290
BaCO₃	14.8	≈ 1310	≈ 1360

তাপগতীয় অনুমান: NBS সারণির ΔfH° ও S° থেকে $T \approx \Delta H^\circ / \Delta S^\circ$ , যেখানে CO₂-এর সাম্য চাপ 1 atm। যেমন CaCO₃: ΔH° = +179.2 kJ/mol, ΔS° = +160.2 J/(K mol) → T ≈ 1119 K ≈ 845 °C।

কর্ণ সম্পর্ক (diagonal relationship)

দ্বিতীয় পর্যায়ের কিছু মৌল তার নিচের মৌলের চেয়ে কোনাকুনি ডান-নিচের মৌলের সাথে বেশি মেলে: Li ও Mg, Be ও Al, B ও Si। যেমন Li আর Mg দুটিই সরাসরি N₂-এর সাথে যুক্ত হয়ে নাইট্রাইড বানায়, দুটির কার্বনেটই সহজে ভাঙে; BeCl₂ আর AlCl₃ দুটিই সমযোজী-ঘেঁষা ও অম্লীয় হাইড্রোলাইসিস দেয়।

ডানে গেলে চার্জ বাড়ে (φ বাড়ে), নিচে নামলে আকার বাড়ে (φ কমে) — দুটি প্রভাব কোনাকুনি (diagonal) পথে কিছুটা কাটাকাটি হয়। Be²⁺ (44.4) আর Al³⁺ (56.1)-এর φ কাছাকাছি; Li⁺ আর Mg²⁺-এর ক্ষেত্রে মূল মিল আকারে (76 বনাম 72 pm), φ-তে নয় (13.2 বনাম 27.8)।

কারণ: পর্যায়ে ডানে গেলে চার্জ বাড়ে, গ্রুপে নিচে নামলে আকার বাড়ে — দুটি প্রভাব কোনাকুনি পথে কিছুটা কাটাকাটি হয়। ফলে আকার, φ ও তড়িৎ ঋণাত্মকতা কাছাকাছি থাকে।

নিজে যাচাই করো

নিচের কোন কার্বনেটটি সবচেয়ে কম তাপমাত্রায় ভেঙে CO₂ দেয়?

ধাপ ৬: ব্যবহারিক ৩.১৬ — পানির দ্বিপোলের পরীক্ষা

পানির অণু বাঁকা (104.5°) আর O–H বন্ধন পোলার, তাই অণুটি পোলার (μ = 1.85 D)। এটা চোখে দেখার আসল পরীক্ষা হলো চার্জিত চিরুনি বা দণ্ড দিয়ে পানির সরু ধারা বাঁকানো। নিচে দুটি পরীক্ষাই করে দেখো — আসলটি আর বোর্ডের বইয়ে দেওয়াটি:

তরল (liquid):

চিরুনির দূরত্ব (distance)3 cm

কল থেকে সরু ধারায় পানি পড়ছে। প্লাস্টিকের চিরুনি এখনো চার্জহীন (uncharged) — কাছে আনলে কিছুই হয় না। চিরুনিটি শুকনো চুলে ঘষো।

বাঁকের পরিমাণ একটি আনুমানিক মডেল (illustrative): চার্জ × অণুর পোলারিটি ÷ দূরত্ব²। পানির μ = 1.85 D (CRC)।

বোর্ডের পরীক্ষা (পরীক্ষা নং-১২), যেভাবে বইয়ে আছে:

উপকরণ: বড় বিকার বা বাটিতে পানি, গুঁড়া মসলা (গোলমরিচ বা হলুদ), ছোট বিকারে সাবান-পানি (তরল সাবান), দুটি সরু কাঠি।
কাজের ধারা: পানির ওপর মসলার গুঁড়া ছিটাও। একটি কাঠির মাথা সাবান-পানিতে ভিজিয়ে মসলার পানিতে ছোঁয়াও; অন্যটি শুকনো অবস্থায় ছোঁয়াও।
পর্যবেক্ষণ: সাবান-কাঠি ছোঁয়ালেই গুঁড়াগুলো দূরে সরে যায়; শুকনো কাঠিতে সরে না।
বোর্ডের প্রত্যাশিত সিদ্ধান্ত (answer the board expects): “সাবানের স্টিয়ারেট আয়ন (C₁₇H₃₅COO⁻) পানির অণুর সমধর্মী মেরুকে বিকর্ষণ করে, তাই পানির অণুতে δ+ ও δ− দ্বিপোল আছে।”

পরীক্ষার খাতায় বোর্ডের সিদ্ধান্তটিই লিখতে হবে — কিন্তু আসল ব্যাখ্যা আলাদা (নিচের সতর্কবার্তা দেখো)।

নিজে যাচাই করো

চার্জিত চিরুনি কাছে আনলে পানির ধারা বেঁকে যায়, কিন্তু রান্নার তেলের ধারা প্রায় বাঁকে না। কেন?

ধাপ ৭: এবার নিজে করে দেখো

ধারণাগুলো এখন তোমার জানা। নিচের ভার্চুয়াল ল্যাবে চারটি বেঞ্চ:

গলনাঙ্ক চুল্লি (furnace): একটি লবণ বেছে “তাপ দাও” চাপো — থার্মোমিটার উঠবে, কোন তাপে গলে (বা উড়ে যায়) দেখো। মাপা লবণগুলো নিচে গলনাঙ্ক অনুযায়ী সাজানো হবে।
দ্রাব্যতা (solubility): F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ দ্রবণে Ag⁺ দাও — অধঃক্ষেপ পড়ে কি, রং কেমন?
কার্বনেট তাপন: কার্বনেট গরম করো; CO₂ বেরোলে চুনের পানি ঘোলা হবে। কোন তাপমাত্রায়, খাতায় লেখো।
হিসাব (calculators): ক্যাটায়নের φ তুলনা করো, আর যেকোনো দুটি পরমাণুর বন্ধনের % আয়নিক বৈশিষ্ট্য বের করো।
চ্যালেঞ্জগুলো একে একে শেষ করো; প্রতিটি পর্যবেক্ষণ খাতায় (observation notebook) জমা হবে।

ফাজানের ল্যাব

Fajans’ rules virtual lab

↗

একটি লবণ বেছে নাও, তারপর “তাপ দাও” চাপো। থার্মোমিটার উঠতে থাকবে — কোন তাপমাত্রায় নমুনা গলে (বা উড়ে যায়), লক্ষ করো।

চার্জ (charge):

গ্রুপ 2 ক্লোরাইড:

অ্যানায়ন (anion):

18e / অন্যান্য:

NaCl-এর ক্যাটায়ন Na⁺ (102 pm), অ্যানায়ন Cl⁻ (181 pm); φ(Na⁺) = 9.8 nm⁻¹। কত তাপে গলবে, আগে অনুমান করো।

গলনাঙ্ক: CRC Handbook, 1 atm। চুল্লির গতি দেখানোর সুবিধার জন্য দ্রুত করা হয়েছে।

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6

চুল্লিতে NaCl, MgCl₂ আর AlCl₃ গলিয়ে গলনাঙ্ক অনুযায়ী সাজাও (0/3)
NaCl আর CuCl দুটিই গলাও — Cu⁺ আর Na⁺ প্রায় সমান আকারের হলেও গলনাঙ্কে এত পার্থক্য কেন?
MgCO₃, CaCO₃, SrCO₃ ও BaCO₃ গরম করে চুনের পানি ঘোলা হওয়ার তাপমাত্রা অনুযায়ী সাজাও (0/4)
দ্রাব্যতার বেঞ্চে F⁻ আর I⁻ দ্রবণে Ag⁺ দাও — AgF দ্রবীভূত হয়, AgI হয় না কেন?
চারটি সিলভার হ্যালাইড (AgF … AgI) গলিয়ে দেখো — ফাজানের গলনাঙ্কের ভবিষ্যদ্বাণী কোথায় খাটে না? (0/4)
হিসাবের অংশে HF, HCl, HBr, HI চারটির % আয়নিক বৈশিষ্ট্য দেখো — কোনটি সবচেয়ে পোলার, আর কতটা? (0/4)

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কিছু নেই। কোনো লবণ গলাও, Ag⁺ দাও বা কার্বনেট গরম করো — ফল এখানে লেখা হবে।

বই পড়ার সময় সাবধান — এই অংশে পাঠ্যবইয়ের বেশ কিছু তথ্য ও ব্যাখ্যা ভুল:

“অপোলার H₂S হলো গ্যাস” (পৃ. 340, 351): H₂S অপোলার নয়। অণুটি বাঁকা (92.1°), μ = 0.97 D (CRC) — ছোট Δχ মানে দুর্বলভাবে পোলার, অপোলার নয়। H₂S গ্যাস কারণ S যথেষ্ট তড়িৎ ঋণাত্মক নয় বলে হাইড্রোজেন বন্ধন (hydrogen bond) গড়ে না — পোলারিটি না থাকার কারণে নয়। “Δχ = 0.4 মানে অপোলার” কথাটিও ভুল।
% আয়নিক সারণি (পৃ. 340): “Δχ 2.0 → 75%, 2.1 → 80%” — Pauling-এর সূত্রে 63% ও 67%। “NaCl প্রায় 80% আয়নিক” কথাটিও বাড়িয়ে বলা; সূত্রে Δχ 2.23 থেকে ≈ 71%। (0.6, 1.1, 1.7, 3.0-এর মানগুলো মোটামুটি ঠিক।)
CaX₂-এর গলনাঙ্ক (পৃ. 342): “CaF₂ 1392, CaCl₂ 782, CaBr₂ 730, CaI₂ 575 °C” → CRC: 1418, 775, 742, 779 °C। CaI₂ সবচেয়ে কম গলে না, ধারাটি একটানা কমেও না। অ্যানায়নের আকারের উদাহরণ হিসেবে সোডিয়াম হ্যালাইড নাও: NaF 996 > NaCl 801 > NaBr 747 > NaI 661 °C।
কার্বনেটের বিয়োজন তাপমাত্রা (পৃ. 344, সমাধানকৃত সমস্যা ৩.১৬): “BeCO₃ 100, MgCO₃ 350, CaCO₃ 547, SrCO₃ 778, BaCO₃ 998 °C” — ক্রম ঠিক, কিন্তু Ca, Sr, Ba-র মান অনেক কম। তাপগতীয় অনুমান ≈ 845, 1100, 1310 °C; ব্যবহারিক মান ≈ 900, 1290, 1360 °C। বই একে “গলনাঙ্ক” বলেছে — আসলে বিয়োজন তাপমাত্রা (decomposition temperature)।
AlCl₃-এর “গলনাঙ্ক 190 °C”: 1 atm চাপে AlCl₃ গলে না, ≈ 180 °C-এ ঊর্ধ্বপাতিত হয়; চাপ দিলে 192.6 °C-এ গলে।
আয়নের ব্যাসার্ধ (পৃ. 344): “Mg²⁺ = 0.078 nm” → Shannon 0.072 nm (বইয়ের নিজের পৃ. 342-এ 0.66 Å)। বইয়ের বাকি মানগুলো (Na⁺ 0.095, Cu⁺ 0.096, Li⁺ 0.068 nm) পুরোনো Pauling/Ahrens ব্যাসার্ধ; এই পাঠে Shannon মান ব্যবহার করা হয়েছে — দুই সারণির মান মিশিয়ো না।
AgI/PbI₂-এর রং “বিস্তারণ বা লন্ডন বল” (পৃ. 344): রঙের কারণ চার্জ স্থানান্তর শোষণ (অ্যানায়ন → ক্যাটায়ন), লন্ডন বল নয়। লন্ডন বল অণুর মধ্যকার দুর্বল আকর্ষণ, এটি আলো শোষণ করে না।
ব্যবহারিক ৩.১৬ (পৃ. 346): গোলমরিচ সরে যাওয়া পানির দ্বিপোলের প্রমাণ নয়। সাবান পানির পৃষ্ঠটান (surface tension) 72 থেকে প্রায় 30 mN/m-এ নামিয়ে দেয়, আর চারপাশের বেশি-টানের পৃষ্ঠ গুঁড়াকে বাইরে টেনে নেয় (Marangoni effect) — যেকোনো সাবান বা ডিটারজেন্টে এটা হয়, চার্জের কোনো ভূমিকা নেই। আসল প্রমাণ চার্জিত দণ্ডে পানির ধারা বাঁকানো (বইয়ের মূলনীতিতে দণ্ডের কথা আছে, কাজের ধারায় নেই)। পরীক্ষার খাতায় বোর্ডের উত্তর লেখো, কিন্তু সত্যটা জেনে রাখো।
প্রশ্নব্যাংকের উত্তরমালা: MCQ 147 (“AgI-এর গলনাঙ্ক সবচেয়ে কম”) ভুল — AgBr 432 °C সবচেয়ে কম, AgI 558 °C সবচেয়ে বেশি। MCQ 150 (“NaCl পানিতে সবচেয়ে দ্রবণীয়”) ভুল — CaCl₂ (≈ 81 g/100 g) > AlCl₃ (≈ 46) > NaCl (36) ≈ BaCl₂ (36)। MCQ 180-এর “Δχ 0.4 মানে খাঁটি সমযোজী” কথাটিও ভুল।

ঘরে বসে পরীক্ষা: চিরুনি দিয়ে পানি বাঁকাও

রান্নাঘরের কল এমনভাবে খোলো যাতে খুব সরু, একটানা ধারা পড়ে (ফোঁটা নয়, পেনসিলের সিসের মতো সরু)।
একটি শুকনো প্লাস্টিকের চিরুনি শুকনো, পরিষ্কার চুলে 10–15 বার জোরে আঁচড়াও (বা একটি বেলুন পশমি কাপড়ে ঘষো)।
চিরুনিটি ধারার পাশে প্রায় 1–2 cm দূরে আনো — ছুঁয়ো না। ধারাটি চিরুনির দিকে বেঁকে যাবে। দূরত্ব বাড়াতে-কমাতে বাঁকের পরিবর্তন খাতায় লেখো।
ইচ্ছে হলে একটি প্লাস্টিকের বোতলের ঢাকনায় ছোট ছিদ্র করে সরু ধারায় রান্নার তেল ঢালো (নিচে একটি বাটি রাখো), আবার চিরুনি আনো। তেলের ধারা প্রায় বাঁকে না।
বর্ষাকালে বা ভেজা চুলে পরীক্ষাটি ভালো হয় না — বাতাসের আর্দ্রতা চিরুনির চার্জ সরিয়ে নেয়। কেন, ভেবে দেখো।

নিরাপত্তা: পরীক্ষাটি নিরাপদ। শুধু খেয়াল রাখো যেন পানি কোনো বৈদ্যুতিক সুইচ বা প্লাগে না পড়ে, আর তেল মেঝেতে পড়লে সঙ্গে সঙ্গে মুছে ফেলো — পিছলে পড়তে পারো।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. পোলারিটি ও পোলারায়নের মধ্যে পার্থক্য লেখো। একটি করে উদাহরণ দাও।

পোলারিটি সমযোজী বন্ধনে দেখা যায়: দুই পরমাণুর তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্যের জন্য শেয়ার করা ইলেকট্রন জোড় বেশি তড়িৎ ঋণাত্মক পরমাণুর দিকে সরে যায়, তৈরি হয় δ+ ও δ− প্রান্ত। ফলে সমযোজী যৌগে আয়নিক বৈশিষ্ট্য আসে (যেমন HCl, 18% আয়নিক)।

পোলারায়ন আয়নিক বন্ধনে দেখা যায়: ক্যাটায়ন অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘকে নিজের দিকে টেনে বিকৃত করে। ফলে আয়নিক যৌগে সমযোজী বৈশিষ্ট্য আসে (যেমন AlCl₃, 180 °C-এ ঊর্ধ্বপাতিত হয়)।

২. (ক) CaCl₂ ও AlCl₃-এর মধ্যে কোনটি পানিতে বেশি দ্রবণীয়? (খ) FeCl₂ ও FeCl₃-এর মধ্যে কোনটির গলনাঙ্ক কম? ব্যাখ্যা করো।

(ক) CaCl₂ (≈ 81 g/100 g পানি) AlCl₃-এর (≈ 46 g, তাও পানির সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোলাইসিস হয়) চেয়ে বেশি দ্রবণীয়। Al³⁺-এর চার্জ বেশি ও আকার ছোট (φ = 3/0.0535 = 56.1 nm⁻¹), Ca²⁺-এর φ = 2/0.100 = 20.0 nm⁻¹। Al³⁺ Cl⁻-কে অনেক বেশি পোলারায়িত করে, তাই AlCl₃ বেশি সমযোজী, কম আয়নিক — পোলার দ্রাবক পানিতে কম দ্রবণীয়।

(খ) FeCl₃ (307 °C) < FeCl₂ (677 °C)। একই মৌলের বেশি চার্জের আয়ন (Fe³⁺, 64.5 pm) কম চার্জের আয়নের (Fe²⁺, 78 pm) চেয়ে ছোট ও বেশি চার্জযুক্ত — φ বেশি (46.5 বনাম 25.6 nm⁻¹), পোলারায়ন বেশি, সমযোজী বৈশিষ্ট্য বেশি, গলনাঙ্ক কম।

৩. BeCO₃, MgCO₃ ও CaCO₃-এর বিয়োজন তাপমাত্রার ক্রম লেখো ও ব্যাখ্যা করো। (ঢা. বো. ২০১৬-ধরনের)

ক্রম: BeCO₃ < MgCO₃ < CaCO₃।

তিনটিই M²⁺, কিন্তু আকার Be²⁺ (45 pm) < Mg²⁺ (72) < Ca²⁺ (100), তাই আয়নিক বিভব φ = 44.4 > 27.8 > 20.0 nm⁻¹। ছোট, বেশি φ-এর ক্যাটায়ন কার্বনেট আয়নের একটি O-এর ইলেকট্রন মেঘ বেশি টানে, C–O বন্ধন দুর্বল হয়, সহজে CO₂ বেরিয়ে MO থাকে: $\mathrm{MCO_3 \to MO + CO_2}$ ।

BeCO₃ ঘরের তাপমাত্রাতেই অস্থিতিশীল; MgCO₃ ≈ 300 °C, CaCO₃ ≈ 845 °C (তাপগতীয় অনুমান; ব্যবহারিক ≈ 540 ও 900 °C)। বইয়ের 100, 350, 547 °C মানের ক্রম ঠিক, সংখ্যা নয়।

৪. AgF পানিতে দ্রবণীয়, কিন্তু AgCl অদ্রবণীয় কেন? AgCl সাদা অথচ AgI হলুদ কেন?

F⁻ খুব ছোট (133 pm), এর ইলেকট্রন মেঘ শক্ত — Ag⁺ একে প্রায় বিকৃত করতে পারে না। AgF মূলত আয়নিক, পানির অণু আয়নগুলোকে ঘিরে (hydration) আলাদা করে ফেলে: দ্রাব্যতা 172 g/100 g। Cl⁻ (181 pm) বড়, Ag⁺ (18-ইলেকট্রন খোলস) একে উল্লেখযোগ্যভাবে পোলারায়িত করে — AgCl-এ সমযোজী বৈশিষ্ট্য আসে, দ্রাব্যতা মাত্র 1.9 × 10⁻⁴ g/100 g।

I⁻ আরও বড় (220 pm) ও নরম, তাই আরও বেশি বিকৃত হয়। বিকৃত মেঘের ইলেকট্রনকে অ্যানায়ন থেকে ক্যাটায়নে সরাতে (charge transfer) শক্তি কম লাগে — AgI তাই দৃশ্যমান আলোর বেগুনি-নীল অংশ শুষে নেয়, হলুদ দেখায়। AgCl-এর ক্ষেত্রে এই শোষণ UV অঞ্চলে, তাই সাদা।

৫. HCl অণুর দ্বিপোল ভ্রামক 1.11 D, বন্ধন দৈর্ঘ্য 1.275 Å। HCl-এর আয়নিক বৈশিষ্ট্যের শতকরা হার কত? Pauling সূত্রে কত আসে? (χ: H 2.20, Cl 3.16)

খাঁটি আয়নিক হলে: $\mu = e \times d = 4.803 \times 1.275 = 6.12$ D।

$\%\ \text{ionic} = \dfrac{1.11}{6.12} \times 100 = 18.1\%$

Pauling সূত্রে: Δχ = 3.16 − 2.20 = 0.96; $100(1 - e^{-0.96^2/4}) = 100(1 - e^{-0.230}) = 100(1 - 0.794) = 20.6\%$ — মাপা মানের কাছাকাছি। (বোর্ড মানে Δχ = 3.0 − 2.1 = 0.9 → 18.3%।)

৬. (ক) CO₂ ও BF₃-এর বন্ধনগুলো পোলার হলেও অণুগুলো অপোলার কেন, অথচ H₂S পোলার? (খ) কর্ণ সম্পর্ক কী? Be ও Al-এর ক্ষেত্রে আয়নিক বিভব দিয়ে ব্যাখ্যা করো।

(ক) অণুর দ্বিপোল = বন্ধন-দ্বিপোলের ভেক্টর যোগফল। CO₂ সরলরৈখিক (180°): দুটি সমান C=O দ্বিপোল বিপরীতমুখী, যোগফল শূন্য। BF₃ ত্রিকোণীয় সমতলীয় (120°): তিনটি সমান B–F দ্বিপোলের যোগফল শূন্য। H₂S বাঁকা (92.1°): দুটি S–H দ্বিপোল কাটাকাটি হয় না, μ = 0.97 D — দুর্বল হলেও পোলার।

(খ) দ্বিতীয় পর্যায়ের কোনো মৌলের ধর্ম তৃতীয় পর্যায়ের কোনাকুনি ডানের মৌলের সাথে মেলাকে কর্ণ সম্পর্ক বলে (Li–Mg, Be–Al, B–Si)। Be²⁺-এর φ = 2/0.045 = 44.4 nm⁻¹, Al³⁺-এর φ = 3/0.0535 = 56.1 nm⁻¹ — কাছাকাছি, তাই দুটির পোলারায়ন ক্ষমতা প্রায় সমান। ফলে BeCl₂ ও AlCl₃ দুটিই সমযোজী-ঘেঁষা, কম তাপে ঊর্ধ্বপাতিত হয়, পানিতে হাইড্রোলাইসিস হয়ে অম্লীয় দ্রবণ দেয়; BeO ও Al₂O₃ দুটিই উভধর্মী (amphoteric)।